オーディオ・デコーダにおける適応励起利得を制限する方法
本発明は、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされるオーディオ信号のためのデコーダに関する。該デコーダは、伝送フレーム損失を検出ためのブロック（２１１）と、前記伝送フレーム損失に続くデコーディング中に累積適応励起エラーを表すエラー指示関数の値を計算するためのモジュール（２２２）と、エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するためのモジュール（２１３）と、前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するための比較器（２１４）と、デコーダによって用いられるべき少なくとも１つの適応励起利得の値を、比較器（２１４）によって供給される結果の関数として決定するよう適合された弁別器（２１５）と、を備える。本発明は、オーディオ周波数信号のようなディジタル信号をコーディング及びデコーディングすることに適用可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ・デコーダにおける適応励起利得（adaptive excitation gain）を制限する方法に関する。本発明は、また、長期間の予測フィルタを含むコーダによってコーディングされているオーディオ信号をデコーディングするためのデコーダにも関する。
【０００２】
本発明は、オーディオ周波数信号のようなディジタル信号をコーディング及びデコーディングする分野において長所的な応用を発見する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、パケットの損失の後にデコーディングに関する受け入れ可能な品質を提供するために、特に、コード励起された線形予測（ＣＥＬＰ）のコーディング文脈においてデコーディングするために用いられる長期間予測（ＬＴＰ）フィルタの飽和を避けるために、パケット交換されたネットワークにおける音声及び／またはオーディオ信号の送信、例えば、ＩＰを介する音の送信のために特に適している。
【０００４】
ＣＥＬＰコーダの一例は、８ｋＨｚでサンプリングされ、１０ミリ秒（ｍｓ）のフレームを用いた１秒につき８キロビット（ｋｂｐｓ）の固定ビット・レートで送信される、３００ヘルツ（Ｈｚ）から３４００Ｈｚまでの電話帯域における音声信号のために設計された、ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｇ．７２９によってカバーされるシステムである。このコーダの動作は、音声及びオーディオ処理に関するＩＥＥＥトランス（IEEE Trans.）、６−２巻、１９９８年３月、１１６−１３０頁のR. Salami, C. Laflamme, J.P. Adoul, A. Kataoka, S. Hayashi, T. Moriya, C. Lamblin, D. Massaloux, S. Proust, P. Kroon 及び Y. Shoham, による論文「ＣＳ−ＡＣＥＬＰ：トル品質（toll quality）の８ｋｂｐｓ音声コーダ、の設計及び説明」に詳細に説明されている。
【０００５】
図１（ａ）は、Ｇ．７２９コーダの高レベルの図である。この図は、５０Ｈｚ以下の周波数における信号を除去するための高域通過前処理フィルタリング（ＰＲＥ）１０１を示す。フィルタリングされた音声信号Ｓ（ｎ）は、次に、ディクショナリにおける量子化されたベクトル（ＱＶ）をインデクシングするインデックスの形態でマルチプレクサ（ＭＵＸ）１０４に送られる、線形予測コーディング（ＬＰＣ）フィルタ
【数１】
を決定するために、ブロック１０２によって分析される。
【０００６】
励起信号として言及されるフィルタ
【数２】
によってフィルタリングされる元の信号Ｓ（ｎ）は、ブロック１０３によって処理されて、そこから、図２における表にリストアップされたパラメータを抽出する。これらのパラメータは、次に、コーディングされて、マルチプレクサＭＵＸ１０４に送られる。
【０００７】
図１（ｂ）は、励起コーディング・ブロック１０３の動作を詳細に示す。図に見られ得るように、励起信号は、３つのステップでコーディングされる：
・ 第１のステップにおいては、長期間予測（ＬＴＰ）フィルタリングがブロック１０６、１０７、１１１によって行われ；Ｇ．７２９コーダのＬＴＰフィルタは、第１次フィルタであり；“ピッチ”期間としても知られている適応励起期間Ｐは、整数値Ｐ０として表現され、かつ適切な場合には分数値Ｐ０＿fractional によって補完され、そして“ピッチ”利得としても知られている適応励起利得ｇｐは、合成による分析により決定されて、ブロック１０５からの目標励起信号と、ｘ（ｎ）＝ｇｐ・ｘ（ｎ−ｐ）によって与えられる合成された信号との間のエラーを最小にし、ｎは、信号のサンプルを表す；
【０００８】
・ 次に、第２のステップにおいては、これら２つの信号間の残留差が、第１に、４パルス±１を有するＡＣＥＬＰイノベータ（innovator）・ディクショナリ１０８から抽出された、イノベータ・コードとしても知られている、固定コードｃ（ｎ）によって、そして第２に、固定の励起利得ｇｃ１０９によって、モデル化され；固定コードｃ（ｎ）及び利得ｇｃは、先行するＬＴＰ段からの残留信号と信号ｇｃ・ｃ（ｎ）との間のエラーを１１１’において最小にすることによって決定される；
【０００９】
・ 最後に、最終のステップにおいては、結果のパラメータ、すなわち、ピッチ期間Ｐ、固定コードｃ（ｎ）、ピッチ利得ｇｐ及び固定励起利得ｇｃ、は、コーディングされてマルチプレクサ１０４に送られる。
【００１０】
図１（ｃ）は、標準のＧ．７２９デコーダが、マルチプレクサ１０４からデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１１２によって受信されたデータからの音声信号を如何にして再構成するかを示す。励起信号は、以下の２つの寄与を加えることによって５ｍｓのサブフレームの形態で再構成される：
【００１１】
・ 第１の寄与は、適応励起ＬＴＰ信号ｘ（ｎ）＝ｇｐ・ｘ（ｎ−ｐ）をブロック１１６、１１７の出力において再構成するよう、ピッチ期間Ｐをデコーディングし（１１５）かつピッチ利得ｇｐをデコーディングする（１１８）ことから帰結する；
【００１２】
・ 第２の寄与は、固定励起信号ｇｃ・ｃ（ｎ）を再構成するよう、ブロック１１８によってデコーディングされる利得ｇｐによってスケーリングされる固定励起信号ｃ（ｎ）をデコーディングする（１１３）ことから帰結する。
【００１３】
・ これら２つの寄与は、次に、加えられて、デコーディングされた励起信号ｘ（ｎ）＝ｇｐ・ｘ（ｎ−ｐ）＋ｇｃ・ｃ（ｎ）を与える。
【００１４】
デコーディングされた励起信号は、ＬＰＣ合成フィルタ１２０によって成形され、その係数は、ＬＳＦ（線スペクトル周波数）領域におけるブロック１１９によってデコーディングされ、そして５ｍｓのサブフレーム・レベルにおいて補間される。品質を改善するために、かつ或るコーディング・アーチファクトを隠蔽するために、再構成された信号は、次に、適応後フィルタ（ＰＦ）１２１によって及び高域通過後処理フィルタ（ＰＯＳＴ）１２２によって処理される。図１（ｃ）のデコーダは、従って、ソース・フィルタ・モデル（source-filter model）に依存して信号を合成する。
【００１５】
長期間予測（ＬＴＰ）フィルタから来る励起信号でもって、かつ信号のアタック（the attack of the signal）を急速に追跡することができる励起信号を発生する目的でもって、ＣＥＬＰコーダは、概して、１よりも大きいピッチ利得ｇｐの選択を認可する。結果として、デコーダは、局部的に不安定である。しかしながら、この不安定さは、合成モデルによる分析によって制御され、このことは、励起信号ＬＴＰと元の目標信号との間の差を連続的に最小にする。
【００１６】
フレームの伝送エラーまたは損失の場合には、このような不安定さは、コーダとデコーダとの間のオフセットによって惹起される重大な劣化に導き得る。このような状況下では、フレームにおいて受信されないピッチ利得値ｇｐは、概して、先行するフレームにおける値ｇｐによって置き換えられ、そして、交互の、１に近いピッチ利得を有する音声期間及び１より小さいピッチ利得を有する非音声期間からなる音声信号の可変的性質は、この局部的な不安定さに関連した潜在的問題を概して制限するけれども、それにもかかわらず、例えば、置換利得ｇｐが実際の利得よりも高く、そして当該のフレームが信号のアタック（the attack of a signal）中に生じるものとして高利得フレームによって後続されるならば、幾つかの信号、特に音声信号に対して、周期的固定領域における伝送エラーが重大な劣化を生じるということは真実のままである。この状況は、次に、長期間予測フィルタリングの回帰的な特性に関連した累積的な効果によってＬＴＰフィルタの飽和に急速に導く。
【００１７】
この問題に対する第１の解決法は、ピッチｇｐを１に制限することであるが、この制約は、信号のアタック中にＣＥＬＰコーダの性能を劣化させるという影響を有する。
【００１８】
他の解決法は、このことが必要と見なされる場合だけ、ピッチ利得ｇｐを１以下の値に制限することを提案する。特に：
【００１９】
・ 米国特許５，９６０，３８６号に記載された方法は、コーダにおいて実行される幾つかの段に分割され得る。まず、前以って計算されたピッチ利得及び先行するピッチ利得の平均を用いて可能な不安定さを検出するための手順がある。不安定さの危険性がないならば、前以って計算されたピッチ利得が保持される。そうでないならば、反復ピッチ利得制御手順が不安定さの危険性を除去するようにこの利得に適合する。
【００２０】
・ コーダにおける不安定さを検出するための手順は、米国特許５，８９３，０６０号及び５，９８７，４０６号に記載されている。それは、スペクトルにおける共振の存在を決定するためにＬＳＰパラメータを用い、幾つかのフレームとして表現される共振の期間を計算し、そしてピッチ利得値の関数として不安定さの可能性を評価する。もし、不安定さが検出されるならば、ピッチ利得の値は閾値において飽和され、そしてピッチ利得のベクトル的な量子化における利得ベクトルのための探索が変更され、それにより、選択されたベクトルは、閾値より小さいピッチ利得値を有する。
【００２１】
・ Ｒ．Ｓａｌａｍｉによる上述の論文及び米国特許５，７０８，７５７号は、可能な飽和を検出するための手順もしくは標準のＧ．７２９コーダに存在する関連のピッチ利得値を計算するための手順を記載している。“タミング（ｔａｍｉｎｇ：馴化）”として知られているこの方法は、励起計算におけるレコーダの最大の潜在的エラーを考慮している。もし、不安定フィルタに対応する、ピッチ利得が１より大きいときに、このエラーが或る閾値を超えたならば、該利得は、フィルタを安定化させるために１よりも小さい値をとるように変更される。従って、この考えは、特に長い強力音声通過中に局部的に不安定である長期間フィルタの飽和を、先行する送信エラーの累積が引き起し得る領域をコーダにおいて検出することである。これらの通過は、最大の潜在的エラーを模擬する一定の励起でもって第２の長期間フィルタの出力を調査することによって検出される。同一の技術は、ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｇ．７２３．１において言及されており、ここでは、コーダは、ピッチ利得が、過去からの５つの連続するサンプルに与えられる５つの係数のベクトルである、第５の長期間予測器を用いる。これらの利得ベクトルは、ベクトル的量子化によって量子化され得る。Ｇ．７２９コーダのもののような第１次の長期間フィルタの安定性は、単一利得の係数を値１と比較することによって確認するのが非常に容易であるけれども、この確認は、一層高次の長期間フィルタに対しては、一層複雑にされる。利得セットを用いる長期間フィルタの安定性は、信号の性質、例えばピッチにも依存する。従って、同じ利得セットは、１つの状況においては安定であり得るが、他の状況においては不安定であり得る。このことは、エラー伝播を評価することが困難であり、その理由は、潜在的エラーの性質がコーダにとって既知でないかもしれないからであり、そして潜在的に不安定な領域を検出すること、もしくはフィルタを再安定化するために適用されるべき減衰を決定することが単純なことではないからである。推奨Ｇ．７２３．１において履行される解決法は、コーダの各可能な利得ベクトルごとに、学習プロセスを通して等価な平均第１次利得を発見することである。これらの値は、表に格納される。この等価な第１次フィルタは、従って、長期間フィルタにおける最大の潜在的累積エラーを評価するために用いられ、そしてそれにより、高い累積エラーの場合に利得が制限されなければならない並びにフィルタを安定化させるために適用されるべき利得が計算されなければならない不安定な領域を識別するために用いられる。
【００２２】
しかしながら、損失または伝送エラーの存在におけるＬＴＰフィルタの飽和の危険性を回避するためにこれらの既知の技術によって提案された解決法は、以下の問題を引き起す：
【００２３】
・ 長期間予測と関連した利得ｇｐを変更するための決定は、コーダにおいて事前に（a priori）行われるが、フレームが失われてしまった後では、仮定によってコーダに対し未知であるデコーダ及びその動作の状態を完全に制御することは可能でない。また、現行の技術は、利得を変更するためにコーダによって取られる決定にもかかわらず、伝送エラーの場合にはデコーディングに関するオーディオ劣化を生じし続け得る。
【００２４】
・ 上述の技術と関連したピッチ利得ｇｐの１への制限は、通常１よりも大きい利得を発生する、例えばアタック段階における、品質のわずかな劣化に導き得る。選択されたトリガリング閾値は、品質と安全性との間の妥協である。低い閾値は、あまりにも頻繁に制限をトリガするであろうし、特に伝送エラーのない場合に、不必要な劣化を引き起す。逆に、より高い閾値は、高いエラー・レートの場合において、充分な保護を保証しないであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
従って、本発明の主題によって解決されるべき技術的課題は、コーダ及びデコーダ間のフレームの損失に続いて、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされるオーディオ信号をデコーディングする際にデコーダにおける適応励起利得を制限する方法を提案することであり、該方法は、ＬＴＰフィルタの不安定さが実際に発見された場合にのみ、適応励起利得もしくはピッチ利得ｇｐを制限するであろうし、そして、フレーム損失に直面した際にもデコーディング品質とエラー強さとの間の最も可能な妥協に到達するであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明によれば、上述の技術的課題に対する解決法は、
コーダとデコーダとの間の伝送フレーム損失に続いて、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされたオーディオ信号のデコーダにおける適応励起利得を制限する方法であって、
・ 蓄積されたエラーを表す値を、前記伝送フレーム損失の後に適応励起デコーディングに供給するよう意図されたエラー指示関数を創設するステップと、ここに、任意の値が喪失されたフレームのための前記適応励起利得に割当てられ、
・ デコーディング中に前記エラー指示関数の値を計算するステップと、
・ エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するステップと、
・ 前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するステップと、
・ 少なくとも１つの適応励起利得と等価な利得が与えられた値よりも大きいならば、正の比較の場合に少なくとも１つの適応励起利得に制限を適用するステップと、
をデコーダにおいて含むことを特徴とする方法である。
【００２７】
ここに、“フレーム損失”とは、概して、フレームの非受信及びフレームにおける伝送エラーに言及している。
【００２８】
１つの履行においては、前記任意の値は、エラー不同アルゴリズムによって前記喪失されたフレーム中に決定される適応励起利得の値に等しい。
【００２９】
エラー不同（ｄｉｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ）アルゴリズムによって、前記任意の値は、喪失されてしまったフレームに先行して喪失されなかったフレームに対する適応励起利得の値に等しい。
【００３０】
もう１つの例においては、前記任意の値は、先行フレームの音声付け（ｖｏｉｃｉｎｇ）を検出することに基づいて限定される。音声付けされたフレームに対して、前記任意の値は１に等しく、そうでない場合には、任意の値は０に等しく、そして励起信号は、ランダム・ノイズから成る。
【００３１】
以下に一層詳細に明らかになるように、本発明の方法は、ＬＴＰフィルタの不安定さの可能性が、従来技術におけるようにコーダにおいてではなく、デコーダそれ自体において検出されない限り、ピッチ利得ｇｐを変更しないという利点を有する。さらに、本発明の方法は、デコーダの実際の状態、及び生じた任意の伝送エラーに関する正確な情報を考慮する。
【００３２】
本発明の方法は、自律的に用いられ得、すなわち、コーダにおけるピッチ利得の制限を規定しないコーディング構造において用いられ得る。
【００３３】
しかしながら、本発明は、前記適応励起利得が、利得制限器装置が装備されたコーダによって前記デコーダに供給されるということを長所的に教示している。従って、本発明の方法は、コーダにインストールされた既知の事前の“タミング（ｔａｍｉｎｇ）”技術と組み合わせて用いられ得る。従って、２つの技術の長所が累積され：事前の技術（a priori technique）は、１より大きいピッチ利得の不当に長いシーケンスを制限する。これは、このようなシーケンスが、長期間に渡って信号を変更するように本発明の方法を強いる、重大なエラー伝播に導くからである。しかしながら、事前の“タミング”技術（a priori “taming” technique）をトリガするための不当に低い閾値が信号を劣化させる。本発明は、閾値を高めることによって事前の“タミング”技術がトリガされる回数を減少しており、その理由は、この事前の技術が急激な増加（explosion）の危険性を検出しないけれども、本発明の事後の（a posteriori）方法がそれを検出して修復するからである。
【００３４】
本発明の特定の履行においては、
前記エラー指示関数は、
【数３】
の形態であり、ここに、
・ Nは、長期間予測フィルタの次数であり、通常は奇数であり、
・ 利得ｇｉｔは、受信されたフレームに対する前記適応長期間フィルタの適応励起利得に等しいか、または喪失されたフレームに対する先行するフレームにおける前記長期間予測フィルタの適応励起利得に等しいかであり、
・ ｅｔ（ｎ）は、受信されたフレームに対して値０を有し、喪失されたフレームに対して値１を有し、
・ Pは、適応励起期間である。
【００３５】
もちろん、最も簡単な状況においては、ＬＴＰフィルタの次数Ｎは、１に等しいものとして取られ得る。
【００３６】
本発明の方法の第１の履行においては、一次の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｐは、前記エラー指示パラメータが前記与えられた閾値より上である場合に値１に制限される。
【００３７】
同様に、本発明は、前記エラー指示パラメータが前記与えられた閾値よりも上である場合に１よりも高い次数の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｉに修正係数が適用される、ということを教示している。
【００３８】
第２の履行においては、前記少なくとも１つの適応励起利得は、前記エラー指示パラメータが前記閾値よりも上である場合に前記与えられた閾値の線形関数によって制限される。この長所的配列は、利得制限を一層進歩的なものとし、そして鋭敏な閾値の影響を回避する。
【００３９】
本発明は、また、コンピュータにおいて実行されるとき、本発明の方法のステップを実行するために、コンピュータ読取り可能媒体上に記憶された命令を含むプログラムにも関する。
【００４０】
最後に、本発明は、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされるオーディオ信号のためのデコーダに関し、該デコーダは、顕著的には、
・ 伝送フレーム損失を検出ためのブロックと、
・ 前記伝送フレーム損失に続くデコーディング中に累積適応励起エラーを表すエラー指示関数の値を計算するためのモジュールと、ここに、任意の値が、喪失されたフレームに対し前記適応励起利得に割当てられ、
・ エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するためのモジュールと、
・ 前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するための比較器と、
・ デコーダによって用いられるべき少なくとも１つの適応励起利得の値を、比較器によって供給される結果の関数として決定するよう適合された弁別器と、
を備える。
【００４１】
非制限的な例によって与えられる、添付図面を参照した以下の説明は、本発明が何に存するか、そして本発明が実行するために如何に減少され得るかということを明瞭に説明している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
Ｇ．７２９デコーダ、及びオーダＮ＝１の長期間予測（ＬＴＰ）フィルタリングの文脈において、以下に本発明を詳細に説明する。任意の次数（オーダ）ＮのＬＴＰフィルタリングは、この明細書の終りに網羅（カバー）される。
【００４３】
図１（ａ）の励起コーディング・ブロック１０３から来る、図１（ｂ）に示される励起信号ｘｅ（ｎ）は、適応励起信号ｇｐ・ｘｅ（ｎ−ｐ）と、固定励起信号ｇｃ・ｃ（ｎ）との合計：
ｘｅ（ｎ）＝ｇｐ・ｘｅ（ｎ−ｐ）＋ｇｃ・ｃ（ｎ）
であり、ここに、
・ ｇｐは、適応励起利得またはピッチ利得であり、
・ ｐは、ピッチまたは期間長さの値であり、
Ｇ．７２９コーダは、高ピッチ付けされた音声サウンドの一層良好なモデルのための長いピッチ値（ｐ＜８５）に対する１／３のステップだけの分数解像度を用い、分数ピッチを有する適応励起は、補間及び過サンプリングによって得られ、
・ ｇｃは、固定励起利得であり、
・ ｃ（ｎ）は、固定もしくはイノベータ・コード・ワードである。
【００４４】
適応励起は、過去の励起だけに依存しており、周期信号、特に音声信号を効率的にモデル化しており、ここに、励起それ自体は、実質的に周期的に反復される。固定部分ｃ（ｎ）は、周期間の差をモデル化するために、すなわち、適応励起と予測残留との間のエラー（誤差）を修正するために、その全励起の使用において革新的である。
【００４５】
上に見られるように、励起信号は、合成技術による分析を用いてコーダにおいて最適化され得る。この励起の合成フィルタリングは、従って、デコーダにおいて得られるべき結果を確認するために、量子化されたフィルタで行われる。このことは、何故、局部的に不安定な長期間フィルタリングを用いることが可能であるかを説明しており、すなわち、１よりも大きいｇｐの値でもって、信号のアタック（the attack of a signal）をモデル化することが可能であるかを説明しており、その理由は、この不安定性によって引き起されるエネルギの増加が制御下にあるからである。さらに、この制御は、任意のフレームの損失によって妨害されるもしくは乱される。
【００４６】
デコーダにおいては、もしフレームが喪失するならば、もしくは、もし不正確なフレームが受信されるならば、エラー不同（dissimilation）アルゴリズムは過去の励起信号から評価される励起信号を用いる。代表的には、長期間予測（ＬＴＰ）フィルタリングだけが用いられ、最後の修正されデコーディングされたピッチ値ｇｐ＿ＦＥＣを保持する。従って、デコーダの励起信号ｘｄ（ｎ）に妨害が注入される。引き続く有効なフレームに対して、たとえ、励起信号を発生するためにパラメータｇｐ、ｐ、ｇｃ及びｃ（ｎ）のすべてを正しくデコーディングすることが可能であるとしても、得られた励起信号は、過去の励起信号ｘｄ（ｎ−ｐ）が妨害されているので、正確ではない。喪失されたフレーム中に注入されるエラーは、従って、音声周期における長期間フィルタリングの回帰的な性質のために、特に、ｇｐが１に接近しているときに、多くのフレームに渡って後方に伝播し得る。対照的に、ｇｐが低い値を有する、もしくは非音声領域の幾つかにおいて０に等しいとき、妨害の影響は、イノベータ・コードｃ（ｎ）の重みが過去におけるその重みよりも大きいので、減衰されるかもしくはキャンセルされる。
【００４７】
従って、伝送エラーによって引き起される適応部分における累積的エラーの大きさを評価することができることは、重要である。このため、図１（ｃ）に示されたデコーダを、図３に従って変更することが提案される。
【００４８】
図３は、長期間予測（ＬＴＰ）フィルタリングと並列に、デコーダが、デマルチプレクサ１１２（ＤＥＭＵＸ）から来る励起信号を処理するためにブロック２１１〜２１５から成るラインを含む、ということを示す。デコーダのこの処理ラインは、また、適応励起利得を制限する本発明の方法の主なステップを示すためにも記載されている。
【００４９】
ブロック２１１は、フレームが正しく受信されたか否かを検出するためのものである。この検出ブロックの後には、モジュール２１２が続き、該モジュール２１２は、長期間ＬＴＰフィルタリングに類似した動作を行う。一層詳細にするために、モジュール２１２は、エラー指示関数ｘｔ（ｎ）を計算し、その値は、伝送損失に続く適応励起に渡る累積デコーディング・エラーを表す。この実施形態においては、この関数は、式：
ｘｔ（ｎ）＝ｇｔ・ｘｔ（ｎ−ｐ）＋ｅｔ（ｎ）
によって与えられ、ここに、ｅｔ（ｎ）は、
・ 適応ループに注入されるエラーをモデル化するために、受信されないフレームまたは誤ったフレームに対して１に等しく、
・ 長期間フィルタの回帰的性質のためだけにエラーが伝播されるとき、有効なフレームに対して０に等しい。ｇｔは、
・ 受信されないフレームに対して、先行フレームのピッチ利得の値、ｇｐ＿ＦＥＣに等しく、
・ 有効なフレームに対して、ｇｐに等しい。
【００５０】
モジュール２１３は、次に、モジュール２１２によって供給される関数ｘｔ（ｎ）の値から、エラー指示パラメータＳｔを計算する。有効なフレームに対して、比較器２１４は、パラメータＳｔは、或る閾値Ｓ０を超えたか否かを確認する。閾値が超えられたならば、そしてデコーディングされたピッチ利得ｇｐが１よりも大きいならば、ｇｐの値は制限され、その理由は、この状況においては、ＬＴＰフィルタを飽和する危険性があるからである。
【００５１】
エラー指示パラメータＳｔは、関数ｘｔ（ｎ）の値または最大値の合計、これらの値の二乗の平均値または合計であり得る。
【００５２】
比較器２１４の後には、弁別器２１５が続き、該弁別器２１５は、現在のフレームすなわちデコーディングされたピッチ値ｇｐまたは制限された値をブロック１１７に与えるためにピッチ利得の値ｇｔ’を決定するよう適合されている。
【００５３】
パラメータＳｔが閾値Ｓ０を超え、そしてデコーディングされたピッチ利得ｇｐが１よりも大きいならば、利得ｇｔ’は、例えば、オーバーシュートの大きさに関わり無く、系統的に１に制限され得る。しかしながら、形態
ｇ’ｔ＝ｇｐ＋（ｇｐ−１）（Ｓ０−Ｓｔ）／Ｓ
のパラメータＳｔの線形関数として利得ｇｔ’を限定することにある一層進行的な制限が提供されることもでき、ここに、Ｓは、Ｓｔでｇｔ’の変動の勾配を調整するための任意の係数である。
【００５４】
以下の例によって示されるように、２つの閾値間の線形的制限及び第２の閾値を超える１への制限でもって２つの連続する閾値に対して利得を制限することが等しく可能である。
【００５５】
実際的な例を与えるために、ＬＴＰパラメータＰ及び有効なフレームに対するｇｐは、４０のサンプルを収容する各５ｍｓのサブフレームごとに送信される。本発明の主題であるフィルタＬＴＰの飽和を避けるための処理も、サブフレームのタイミング・レートで行われる。エラー指示パラメータＳｔ、例えば関数ｘｔ（ｎ）の合計、は、各サブフレームごとに計算される。このパラメータの値は、３の平均値に対応する、１２０に制限される：
【数４】
【００５６】
現在のサブフレームのピッチ利得が１よりも大きく、そして、累積エラーが高いということを示す、２よりも大きいサンプルｘｔ（ｎ）の平均値に対応する、８０の閾値よりもＳｔの値が大きいならば、ピッチ利得の値は、以下の式に従って減少される：
ｇｔ’＝１＋（ｇｔ−１）・（１２０−Ｓｔ）／４０
【００５７】
Ｓｔ（Ｓｔ＝１２０）の最大値に対して、新しいピッチ利得は、ｇｔ’＝１であり、そして、Ｓｔ（８０＜Ｓｔ＜１２０）の他の値に対しては、１＞ｇｔ’＞ｇｔである。
【００５８】
ピッチ利得の値が上述のように変更されるとき、信号ｘｔ（ｎ）のためのメモリは、新しい値ｇｔ’でもって更新される。
【００５９】
対照的に、もし現在のサブフレームのピッチ利得が１よりも小さい、もしくは、Ｓｔの値が、長期間において低である合成フィルタにおける累積エラーに対応する、８０よりも小さいならば、デコーディングされたピッチ利得の値は変更されず、ｇｔ’＝ｇｔである。
【００６０】
最後に、ｇｔ’は、合成フィルタ
ｘｄ（ｎ）＝ｇｔ’・ｘｄ（ｎ−ｐ）＋ｇｃ（ｎ）・ｃ（ｎ）
の励起信号を発生するために、デコーディングされたピッチ利得の代わりに用いられる。
【００６１】
ここで説明した実施形態においては、コーダの長期間フィルタは、一次フィルタである。しかしながら、もしコーダが、例えば、Ｇ．７２３．１コーダに関して一層高次数Ｎの長期間ＬＴＰフィルタを用いるならば、エラー指示関数を限定するために用いられるＬＴＰ擬似フィルタは、等価な一次フィルタであって良く、もしくは一層長所的には、特に同じ次数の、コーダにおいて用いられるものと同一のフィルタであって良い。一次の等価フィルタは、高い累積エラーの場合に利得を制限すること並びに必要な減衰を決定することが必要である不安定な領域を、有効なフレーム中に識別するために、常に用いられる。
【００６２】
パラメータＳｔが閾値Ｓ０を超えたならば、そして等価な利得ｇｅが１よりも大きいならば、利得ｇｔ’は、一次フィルタに対するのと同じ方法で計算され得る。修正係数ｇｔ’／ｇｅは、次に、一層高次数のフィルタの利得ｇｉに与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１（ａ）】Ｇ．７２９コーダの高レベルの図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）のコーダの励起コーディング・ブロックの詳細図である。
【図１（ｃ）】図１（ａ）からのコーダと関連するデコーダの図である。
【図２】図１（ａ）からのコーダのコーディング・パラメータを述べる表を示す図である。
【図３】本発明のデコーダの図である。
【符号の説明】
【００６４】
１１２ デマルチプレクサ
１１７ ブロック
１２１ 適応後フィルタ
１２２ 高域通過後処理フィルタ
２１１〜２１３ ブロック
２１４ 比較器
２１５ 弁別器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ・デコーダにおける適応励起利得（adaptive excitation gain）を制限する方法に関する。本発明は、また、長期間の予測フィルタを含むコーダによってコーディングされているオーディオ信号をデコーディングするためのデコーダにも関する。
【０００２】
本発明は、オーディオ周波数信号のようなディジタル信号をコーディング及びデコーディングする分野において長所的な応用を発見する。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、パケットの損失の後にデコーディングに関する受け入れ可能な品質を提供するために、特に、コード励起された線形予測（ＣＥＬＰ）のコーディング文脈においてデコーディングするために用いられる長期間予測（ＬＴＰ）フィルタの飽和を避けるために、パケット交換されたネットワークにおける音声及び／またはオーディオ信号の送信、例えば、ＩＰを介する音の送信のために特に適している。
【０００４】
ＣＥＬＰコーダの一例は、８ｋＨｚでサンプリングされ、１０ミリ秒（ｍｓ）のフレームを用いた１秒につき８キロビット（ｋｂｐｓ）の固定ビット・レートで送信される、３００ヘルツ（Ｈｚ）から３４００Ｈｚまでの電話帯域における音声信号のために設計された、ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｇ．７２９によってカバーされるシステムである。このコーダの動作は、音声及びオーディオ処理に関するＩＥＥＥトランス（IEEE Trans.）、６−２巻、１９９８年３月、１１６−１３０頁のR. Salami, C. Laflamme, J.P. Adoul, A. Kataoka, S. Hayashi, T. Moriya, C. Lamblin, D. Massaloux, S. Proust, P. Kroon 及び Y. Shoham, による論文「ＣＳ−ＡＣＥＬＰ：トル品質（toll quality）の８ｋｂｐｓ音声コーダ、の設計及び説明」に詳細に説明されている。
【０００５】
図１（ａ）は、Ｇ．７２９コーダの高レベルの図である。この図は、５０Ｈｚ以下の周波数における信号を除去するための高域通過前処理フィルタリング（ＰＲＥ）１０１を示す。フィルタリングされた音声信号Ｓ（ｎ）は、次に、ディクショナリにおける量子化されたベクトル（ＱＶ）をインデクシングするインデックスの形態でマルチプレクサ（ＭＵＸ）１０４に送られる、線形予測コーディング（ＬＰＣ）フィルタ
【数１】
を決定するために、ブロック１０２によって分析される。
【０００６】
励起信号として言及されるフィルタ
【数２】
によってフィルタリングされる元の信号Ｓ（ｎ）は、ブロック１０３によって処理されて、そこから、図２における表にリストアップされたパラメータを抽出する。これらのパラメータは、次に、コーディングされて、マルチプレクサＭＵＸ１０４に送られる。
【０００７】
図１（ｂ）は、励起コーディング・ブロック１０３の動作を詳細に示す。図に見られ得るように、励起信号は、３つのステップでコーディングされる：
・ 第１のステップにおいては、長期間予測（ＬＴＰ）フィルタリングがブロック１０６、１０７、１１１によって行われ；Ｇ．７２９コーダのＬＴＰフィルタは、第１次フィルタであり；“ピッチ”期間としても知られている適応励起期間Ｐは、整数値Ｐ０として表現され、かつ適切な場合には分数値Ｐ０＿fractional によって補完され、そして“ピッチ”利得としても知られている適応励起利得ｇｐは、合成による分析により決定されて、ブロック１０５からの目標励起信号と、ｘ（ｎ）＝ｇｐ・ｘ（ｎ−ｐ）によって与えられる合成された信号との間のエラーを最小にし、ｎは、信号のサンプルを表す；
【０００８】
・ 次に、第２のステップにおいては、これら２つの信号間の残留差が、第１に、４パルス±１を有するＡＣＥＬＰイノベータ（innovator）・ディクショナリ１０８から抽出された、イノベータ・コードとしても知られている、固定コードｃ（ｎ）によって、そして第２に、固定の励起利得ｇｃ１０９によって、モデル化され；固定コードｃ（ｎ）及び利得ｇｃは、先行するＬＴＰ段からの残留信号と信号ｇｃ・ｃ（ｎ）との間のエラーを１１１’において最小にすることによって決定される；
【０００９】
・ 最後に、最終のステップにおいては、結果のパラメータ、すなわち、ピッチ期間Ｐ、固定コードｃ（ｎ）、ピッチ利得ｇｐ及び固定励起利得ｇｃ、は、コーディングされてマルチプレクサ１０４に送られる。
【００１０】
図１（ｃ）は、標準のＧ．７２９デコーダが、マルチプレクサ１０４からデマルチプレクサ（ＤＥＭＵＸ）１１２によって受信されたデータからの音声信号を如何にして再構成するかを示す。励起信号は、以下の２つの寄与を加えることによって５ｍｓのサブフレームの形態で再構成される：
【００１１】
・ 第１の寄与は、適応励起ＬＴＰ信号ｘ（ｎ）＝ｇｐ・ｘ（ｎ−ｐ）をブロック１１６、１１７の出力において再構成するよう、ピッチ期間Ｐをデコーディングし（１１５）かつピッチ利得ｇｐをデコーディングする（１１８）ことから帰結する；
【００１２】
・ 第２の寄与は、固定励起信号ｇｃ・ｃ（ｎ）を再構成するよう、ブロック１１８によってデコーディングされる利得ｇｐによってスケーリングされる固定励起信号ｃ（ｎ）をデコーディングする（１１３）ことから帰結する。
【００１３】
・ これら２つの寄与は、次に、加えられて、デコーディングされた励起信号ｘ（ｎ）＝ｇｐ・ｘ（ｎ−ｐ）＋ｇｃ・ｃ（ｎ）を与える。
【００１４】
デコーディングされた励起信号は、ＬＰＣ合成フィルタ１２０によって成形され、その係数は、ＬＳＦ（線スペクトル周波数）領域におけるブロック１１９によってデコーディングされ、そして５ｍｓのサブフレーム・レベルにおいて補間される。品質を改善するために、かつ或るコーディング・アーチファクトを隠蔽するために、再構成された信号は、次に、適応後フィルタ（ＰＦ）１２１によって及び高域通過後処理フィルタ（ＰＯＳＴ）１２２によって処理される。図１（ｃ）のデコーダは、従って、ソース・フィルタ・モデル（source-filter model）に依存して信号を合成する。
【００１５】
長期間予測（ＬＴＰ）フィルタから来る励起信号でもって、かつ信号のアタック（the attack of the signal）を急速に追跡することができる励起信号を発生する目的でもって、ＣＥＬＰコーダは、概して、１よりも大きいピッチ利得ｇｐの選択を認可する。結果として、デコーダは、局部的に不安定である。しかしながら、この不安定さは、合成モデルによる分析によって制御され、このことは、励起信号ＬＴＰと元の目標信号との間の差を連続的に最小にする。
【００１６】
フレームの伝送エラーまたは損失の場合には、このような不安定さは、コーダとデコーダとの間のオフセットによって惹起される重大な劣化に導き得る。このような状況下では、フレームにおいて受信されないピッチ利得値ｇｐは、概して、先行するフレームにおける値ｇｐによって置き換えられ、そして、交互の、１に近いピッチ利得を有する音声期間及び１より小さいピッチ利得を有する非音声期間からなる音声信号の可変的性質は、この局部的な不安定さに関連した潜在的問題を概して制限するけれども、それにもかかわらず、例えば、置換利得ｇｐが実際の利得よりも高く、そして当該のフレームが信号のアタック（the attack of a signal）中に生じるものとして高利得フレームによって後続されるならば、幾つかの信号、特に音声信号に対して、周期的固定領域における伝送エラーが重大な劣化を生じるということは真実のままである。この状況は、次に、長期間予測フィルタリングの回帰的な特性に関連した累積的な効果によってＬＴＰフィルタの飽和に急速に導く。
【００１７】
この問題に対する第１の解決法は、ピッチｇｐを１に制限することであるが、この制約は、信号のアタック中にＣＥＬＰコーダの性能を劣化させるという影響を有する。
【００１８】
他の解決法は、このことが必要と見なされる場合だけ、ピッチ利得ｇｐを１以下の値に制限することを提案する。特に：
【００１９】
・ 米国特許５，９６０，３８６号に記載された方法は、コーダにおいて実行される幾つかの段に分割され得る。まず、前以って計算されたピッチ利得及び先行するピッチ利得の平均を用いて可能な不安定さを検出するための手順がある。不安定さの危険性がないならば、前以って計算されたピッチ利得が保持される。そうでないならば、反復ピッチ利得制御手順が不安定さの危険性を除去するようにこの利得に適合する。
【００２０】
・ コーダにおける不安定さを検出するための手順は、米国特許５，８９３，０６０号及び５，９８７，４０６号に記載されている。それは、スペクトルにおける共振の存在を決定するためにＬＳＰパラメータを用い、幾つかのフレームとして表現される共振の期間を計算し、そしてピッチ利得値の関数として不安定さの可能性を評価する。もし、不安定さが検出されるならば、ピッチ利得の値は閾値において飽和され、そしてピッチ利得のベクトル的な量子化における利得ベクトルのための探索が変更され、それにより、選択されたベクトルは、閾値より小さいピッチ利得値を有する。
【００２１】
・ Ｒ．Ｓａｌａｍｉによる上述の論文及び米国特許５，７０８，７５７号は、可能な飽和を検出するための手順もしくは標準のＧ．７２９コーダに存在する関連のピッチ利得値を計算するための手順を記載している。“タミング（ｔａｍｉｎｇ：馴化）”として知られているこの方法は、励起計算におけるレコーダの最大の潜在的エラーを考慮している。もし、不安定フィルタに対応する、ピッチ利得が１より大きいときに、このエラーが或る閾値を超えたならば、該利得は、フィルタを安定化させるために１よりも小さい値をとるように変更される。従って、この考えは、特に長い強力音声通過中に局部的に不安定である長期間フィルタの飽和を、先行する送信エラーの累積が引き起し得る領域をコーダにおいて検出することである。これらの通過は、最大の潜在的エラーを模擬する一定の励起でもって第２の長期間フィルタの出力を調査することによって検出される。同一の技術は、ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｇ．７２３．１において言及されており、ここでは、コーダは、ピッチ利得が、過去からの５つの連続するサンプルに与えられる５つの係数のベクトルである、第５の長期間予測器を用いる。これらの利得ベクトルは、ベクトル的量子化によって量子化され得る。Ｇ．７２９コーダのもののような第１次の長期間フィルタの安定性は、単一利得の係数を値１と比較することによって確認するのが非常に容易であるけれども、この確認は、一層高次の長期間フィルタに対しては、一層複雑にされる。利得セットを用いる長期間フィルタの安定性は、信号の性質、例えばピッチにも依存する。従って、同じ利得セットは、１つの状況においては安定であり得るが、他の状況においては不安定であり得る。このことは、エラー伝播を評価することが困難であり、その理由は、潜在的エラーの性質がコーダにとって既知でないかもしれないからであり、そして潜在的に不安定な領域を検出すること、もしくはフィルタを再安定化するために適用されるべき減衰を決定することが単純なことではないからである。推奨Ｇ．７２３．１において履行される解決法は、コーダの各可能な利得ベクトルごとに、学習プロセスを通して等価な平均第１次利得を発見することである。これらの値は、表に格納される。この等価な第１次フィルタは、従って、長期間フィルタにおける最大の潜在的累積エラーを評価するために用いられ、そしてそれにより、高い累積エラーの場合に利得が制限されなければならない並びにフィルタを安定化させるために適用されるべき利得が計算されなければならない不安定な領域を識別するために用いられる。
【００２２】
しかしながら、損失または伝送エラーの存在におけるＬＴＰフィルタの飽和の危険性を回避するためにこれらの既知の技術によって提案された解決法は、以下の問題を引き起す：
【００２３】
・ 長期間予測と関連した利得ｇｐを変更するための決定は、コーダにおいて事前に（a priori）行われるが、フレームが失われてしまった後では、仮定によってコーダに対し未知であるデコーダ及びその動作の状態を完全に制御することは可能でない。また、現行の技術は、利得を変更するためにコーダによって取られる決定にもかかわらず、伝送エラーの場合にはデコーディングに関するオーディオ劣化を生じし続け得る。
【００２４】
・ 上述の技術と関連したピッチ利得ｇｐの１への制限は、通常１よりも大きい利得を発生する、例えばアタック段階における、品質のわずかな劣化に導き得る。選択されたトリガリング閾値は、品質と安全性との間の妥協である。低い閾値は、あまりにも頻繁に制限をトリガするであろうし、特に伝送エラーのない場合に、不必要な劣化を引き起す。逆に、より高い閾値は、高いエラー・レートの場合において、充分な保護を保証しないであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
従って、本発明の主題によって解決されるべき技術的課題は、コーダ及びデコーダ間のフレームの損失に続いて、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされるオーディオ信号をデコーディングする際にデコーダにおける適応励起利得を制限する方法を提案することであり、該方法は、ＬＴＰフィルタの不安定さが実際に発見された場合にのみ、適応励起利得もしくはピッチ利得ｇｐを制限するであろうし、そして、フレーム損失に直面した際にもデコーディング品質とエラー強さとの間の最も可能な妥協に到達するであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明によれば、上述の技術的課題に対する解決法は、
コーダとデコーダとの間の伝送フレーム損失に続いて、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされたオーディオ信号のデコーダにおける適応励起利得を制限する方法であって、
・ 蓄積されたエラーを表す値を、前記伝送フレーム損失の後に適応励起デコーディングに供給するよう意図されたエラー指示関数を創設するステップと、ここに、任意の値が喪失されたフレームのための前記適応励起利得に割当てられ、
・ デコーディング中に前記エラー指示関数の値を計算するステップと、
・ エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するステップと、
・ 前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するステップと、
・ 少なくとも１つの適応励起利得と等価な利得が与えられた値よりも大きいならば、正の比較の場合に少なくとも１つの適応励起利得に制限を適用するステップと、
をデコーダにおいて含むことを特徴とする方法である。
【００２７】
ここに、“フレーム損失”とは、概して、フレームの非受信及びフレームにおける伝送エラーに言及している。
【００２８】
１つの履行においては、前記任意の値は、エラー不同アルゴリズムによって前記喪失されたフレーム中に決定される適応励起利得の値に等しい。
【００２９】
エラー不同（ｄｉｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ）アルゴリズムによって、前記任意の値は、喪失されてしまったフレームに先行して喪失されなかったフレームに対する適応励起利得の値に等しい。
【００３０】
もう１つの例においては、前記任意の値は、先行フレームの音声付け（ｖｏｉｃｉｎｇ）を検出することに基づいて限定される。音声付けされたフレームに対して、前記任意の値は１に等しく、そうでない場合には、任意の値は０に等しく、そして励起信号は、ランダム・ノイズから成る。
【００３１】
以下に一層詳細に明らかになるように、本発明の方法は、ＬＴＰフィルタの不安定さの可能性が、従来技術におけるようにコーダにおいてではなく、デコーダそれ自体において検出されない限り、ピッチ利得ｇｐを変更しないという利点を有する。さらに、本発明の方法は、デコーダの実際の状態、及び生じた任意の伝送エラーに関する正確な情報を考慮する。
【００３２】
本発明の方法は、自律的に用いられ得、すなわち、コーダにおけるピッチ利得の制限を規定しないコーディング構造において用いられ得る。
【００３３】
しかしながら、本発明は、前記適応励起利得が、利得制限器装置が装備されたコーダによって前記デコーダに供給されるということを長所的に教示している。従って、本発明の方法は、コーダにインストールされた既知の事前の“タミング（ｔａｍｉｎｇ）”技術と組み合わせて用いられ得る。従って、２つの技術の長所が累積され：事前の技術（a priori technique）は、１より大きいピッチ利得の不当に長いシーケンスを制限する。これは、このようなシーケンスが、長期間に渡って信号を変更するように本発明の方法を強いる、重大なエラー伝播に導くからである。しかしながら、事前の“タミング”技術（a priori “taming” technique）をトリガするための不当に低い閾値が信号を劣化させる。本発明は、閾値を高めることによって事前の“タミング”技術がトリガされる回数を減少しており、その理由は、この事前の技術が急激な増加（explosion）の危険性を検出しないけれども、本発明の事後の（a posteriori）方法がそれを検出して修復するからである。
【００３４】
本発明の特定の履行においては、
前記エラー指示関数は、
【数３】
の形態であり、ここに、
・ Nは、長期間予測フィルタの次数であり、通常は奇数であり、
・ 利得ｇｉｔは、受信されたフレームに対する前記適応長期間フィルタの適応励起利得に等しいか、または喪失されたフレームに対する先行するフレームにおける前記長期間予測フィルタの適応励起利得に等しいかであり、
・ ｅｔ（ｎ）は、受信されたフレームに対して値０を有し、喪失されたフレームに対して値１を有し、
・ Pは、適応励起期間である。
【００３５】
もちろん、最も簡単な状況においては、ＬＴＰフィルタの次数Ｎは、１に等しいものとして取られ得る。
【００３６】
本発明の方法の第１の履行においては、一次の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｐは、前記エラー指示パラメータが前記与えられた閾値より上である場合に値１に制限される。
【００３７】
同様に、本発明は、前記エラー指示パラメータが前記与えられた閾値よりも上である場合に１よりも高い次数の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｉに修正係数が適用される、ということを教示している。
【００３８】
第２の履行においては、前記少なくとも１つの適応励起利得は、前記エラー指示パラメータが前記閾値よりも上である場合に前記与えられた閾値の線形関数によって制限される。この長所的配列は、利得制限を一層進歩的なものとし、そして鋭敏な閾値の影響を回避する。
【００３９】
本発明は、また、コンピュータにおいて実行されるとき、本発明の方法のステップを実行するために、コンピュータ読取り可能媒体上に記憶された命令を含むプログラムにも関する。
【００４０】
最後に、本発明は、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされるオーディオ信号のためのデコーダに関し、該デコーダは、顕著的には、
・ 伝送フレーム損失を検出ためのブロックと、
・ 前記伝送フレーム損失に続くデコーディング中に累積適応励起エラーを表すエラー指示関数の値を計算するためのモジュールと、ここに、任意の値が、喪失されたフレームに対し前記適応励起利得に割当てられ、
・ エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するためのモジュールと、
・ 前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するための比較器と、
・ デコーダによって用いられるべき少なくとも１つの適応励起利得の値を、比較器によって供給される結果の関数として決定するよう適合された弁別器と、
を備える。
【００４１】
非制限的な例によって与えられる、添付図面を参照した以下の説明は、本発明が何に存するか、そして本発明が実行するために如何に減少され得るかということを明瞭に説明している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
Ｇ．７２９デコーダ、及びオーダＮ＝１の長期間予測（ＬＴＰ）フィルタリングの文脈において、以下に本発明を詳細に説明する。任意の次数（オーダ）ＮのＬＴＰフィルタリングは、この明細書の終りに網羅（カバー）される。
【００４３】
図１（ａ）の励起コーディング・ブロック１０３から来る、図１（ｂ）に示される励起信号ｘｅ（ｎ）は、適応励起信号ｇｐ・ｘｅ（ｎ−ｐ）と、固定励起信号ｇｃ・ｃ（ｎ）との合計：
ｘｅ（ｎ）＝ｇｐ・ｘｅ（ｎ−ｐ）＋ｇｃ・ｃ（ｎ）
であり、ここに、
・ ｇｐは、適応励起利得またはピッチ利得であり、
・ ｐは、ピッチまたは期間長さの値であり、
Ｇ．７２９コーダは、高ピッチ付けされた音声サウンドの一層良好なモデルのための長いピッチ値（ｐ＜８５）に対する１／３のステップだけの分数解像度を用い、分数ピッチを有する適応励起は、補間及び過サンプリングによって得られ、
・ ｇｃは、固定励起利得であり、
・ ｃ（ｎ）は、固定もしくはイノベータ・コード・ワードである。
【００４４】
適応励起は、過去の励起だけに依存しており、周期信号、特に音声信号を効率的にモデル化しており、ここに、励起それ自体は、実質的に周期的に反復される。固定部分ｃ（ｎ）は、周期間の差をモデル化するために、すなわち、適応励起と予測残留との間のエラー（誤差）を修正するために、その全励起の使用において革新的である。
【００４５】
上に見られるように、励起信号は、合成技術による分析を用いてコーダにおいて最適化され得る。この励起の合成フィルタリングは、従って、デコーダにおいて得られるべき結果を確認するために、量子化されたフィルタで行われる。このことは、何故、局部的に不安定な長期間フィルタリングを用いることが可能であるかを説明しており、すなわち、１よりも大きいｇｐの値でもって、信号のアタック（the attack of a signal）をモデル化することが可能であるかを説明しており、その理由は、この不安定性によって引き起されるエネルギの増加が制御下にあるからである。さらに、この制御は、任意のフレームの損失によって妨害されるもしくは乱される。
【００４６】
デコーダにおいては、もしフレームが喪失するならば、もしくは、もし不正確なフレームが受信されるならば、エラー不同（dissimilation）アルゴリズムは過去の励起信号から評価される励起信号を用いる。代表的には、長期間予測（ＬＴＰ）フィルタリングだけが用いられ、最後の修正されデコーディングされたピッチ値ｇｐ＿ＦＥＣを保持する。従って、デコーダの励起信号ｘｄ（ｎ）に妨害が注入される。引き続く有効なフレームに対して、たとえ、励起信号を発生するためにパラメータｇｐ、ｐ、ｇｃ及びｃ（ｎ）のすべてを正しくデコーディングすることが可能であるとしても、得られた励起信号は、過去の励起信号ｘｄ（ｎ−ｐ）が妨害されているので、正確ではない。喪失されたフレーム中に注入されるエラーは、従って、音声周期における長期間フィルタリングの回帰的な性質のために、特に、ｇｐが１に接近しているときに、多くのフレームに渡って後方に伝播し得る。対照的に、ｇｐが低い値を有する、もしくは非音声領域の幾つかにおいて０に等しいとき、妨害の影響は、イノベータ・コードｃ（ｎ）の重みが過去におけるその重みよりも大きいので、減衰されるかもしくはキャンセルされる。
【００４７】
従って、伝送エラーによって引き起される適応部分における累積的エラーの大きさを評価することができることは、重要である。このため、図１（ｃ）に示されたデコーダを、図３に従って変更することが提案される。
【００４８】
図３は、長期間予測（ＬＴＰ）フィルタリングと並列に、デコーダが、デマルチプレクサ１１２（ＤＥＭＵＸ）から来る励起信号を処理するためにブロック２１１〜２１５から成るラインを含む、ということを示す。デコーダのこの処理ラインは、また、適応励起利得を制限する本発明の方法の主なステップを示すためにも記載されている。
【００４９】
ブロック２１１は、フレームが正しく受信されたか否かを検出するためのものである。この検出ブロックの後には、モジュール２１２が続き、該モジュール２１２は、長期間ＬＴＰフィルタリングに類似した動作を行う。一層詳細にするために、モジュール２１２は、エラー指示関数ｘｔ（ｎ）を計算し、その値は、伝送損失に続く適応励起に渡る累積デコーディング・エラーを表す。この実施形態においては、この関数は、式：
ｘｔ（ｎ）＝ｇｔ・ｘｔ（ｎ−ｐ）＋ｅｔ（ｎ）
によって与えられ、ここに、ｅｔ（ｎ）は、
・ 適応ループに注入されるエラーをモデル化するために、受信されないフレームまたは誤ったフレームに対して１に等しく、
・ 長期間フィルタの回帰的性質のためだけにエラーが伝播されるとき、有効なフレームに対して０に等しい。ｇｔは、
・ 受信されないフレームに対して、先行フレームのピッチ利得の値、ｇｐ＿ＦＥＣに等しく、
・ 有効なフレームに対して、ｇｐに等しい。
【００５０】
モジュール２１３は、次に、モジュール２１２によって供給される関数ｘｔ（ｎ）の値から、エラー指示パラメータＳｔを計算する。有効なフレームに対して、比較器２１４は、パラメータＳｔは、或る閾値Ｓ０を超えたか否かを確認する。閾値が超えられたならば、そしてデコーディングされたピッチ利得ｇｐが１よりも大きいならば、ｇｐの値は制限され、その理由は、この状況においては、ＬＴＰフィルタを飽和する危険性があるからである。
【００５１】
エラー指示パラメータＳｔは、関数ｘｔ（ｎ）の値または最大値の合計、これらの値の二乗の平均値または合計であり得る。
【００５２】
比較器２１４の後には、弁別器２１５が続き、該弁別器２１５は、現在のフレームすなわちデコーディングされたピッチ値ｇｐまたは制限された値をブロック１１７に与えるためにピッチ利得の値ｇｔ’を決定するよう適合されている。
【００５３】
パラメータＳｔが閾値Ｓ０を超え、そしてデコーディングされたピッチ利得ｇｐが１よりも大きいならば、利得ｇｔ’は、例えば、オーバーシュートの大きさに関わり無く、系統的に１に制限され得る。しかしながら、形態
ｇ’ｔ＝ｇｐ＋（ｇｐ−１）（Ｓ０−Ｓｔ）／Ｓ
のパラメータＳｔの線形関数として利得ｇｔ’を限定することにある一層進行的な制限が提供されることもでき、ここに、Ｓは、Ｓｔでｇｔ’の変動の勾配を調整するための任意の係数である。
【００５４】
以下の例によって示されるように、２つの閾値間の線形的制限及び第２の閾値を超える１への制限でもって２つの連続する閾値に対して利得を制限することが等しく可能である。
【００５５】
実際的な例を与えるために、ＬＴＰパラメータＰ及び有効なフレームに対するｇｐは、４０のサンプルを収容する各５ｍｓのサブフレームごとに送信される。本発明の主題であるフィルタＬＴＰの飽和を避けるための処理も、サブフレームのタイミング・レートで行われる。エラー指示パラメータＳｔ、例えば関数ｘｔ（ｎ）の合計、は、各サブフレームごとに計算される。このパラメータの値は、３の平均値に対応する、１２０に制限される：
【数４】
【００５６】
現在のサブフレームのピッチ利得が１よりも大きく、そして、累積エラーが高いということを示す、２よりも大きいサンプルｘｔ（ｎ）の平均値に対応する、８０の閾値よりもＳｔの値が大きいならば、ピッチ利得の値は、以下の式に従って減少される：
ｇｔ’＝１＋（ｇｔ−１）・（１２０−Ｓｔ）／４０
【００５７】
Ｓｔ（Ｓｔ＝１２０）の最大値に対して、新しいピッチ利得は、ｇｔ’＝１であり、そして、Ｓｔ（８０＜Ｓｔ＜１２０）の他の値に対しては、１＞ｇｔ’＞ｇｔである。
【００５８】
ピッチ利得の値が上述のように変更されるとき、信号ｘｔ（ｎ）のためのメモリは、新しい値ｇｔ’でもって更新される。
【００５９】
対照的に、もし現在のサブフレームのピッチ利得が１よりも小さい、もしくは、Ｓｔの値が、長期間において低である合成フィルタにおける累積エラーに対応する、８０よりも小さいならば、デコーディングされたピッチ利得の値は変更されず、ｇｔ’＝ｇｔである。
【００６０】
最後に、ｇｔ’は、合成フィルタ
ｘｄ（ｎ）＝ｇｔ’・ｘｄ（ｎ−ｐ）＋ｇｃ（ｎ）・ｃ（ｎ）
の励起信号を発生するために、デコーディングされたピッチ利得の代わりに用いられる。
【００６１】
ここで説明した実施形態においては、コーダの長期間フィルタは、一次フィルタである。しかしながら、もしコーダが、例えば、Ｇ．７２３．１コーダに関して一層高次数Ｎの長期間ＬＴＰフィルタを用いるならば、エラー指示関数を限定するために用いられるＬＴＰ擬似フィルタは、等価な一次フィルタであって良く、もしくは一層長所的には、特に同じ次数の、コーダにおいて用いられるものと同一のフィルタであって良い。一次の等価フィルタは、高い累積エラーの場合に利得を制限すること並びに必要な減衰を決定することが必要である不安定な領域を、有効なフレーム中に識別するために、常に用いられる。
【００６２】
パラメータＳｔが閾値Ｓ０を超えたならば、そして等価な利得ｇｅが１よりも大きいならば、利得ｇｔ’は、一次フィルタに対するのと同じ方法で計算され得る。修正係数ｇｔ’／ｇｅは、次に、一層高次数のフィルタの利得ｇｉに与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１（ａ）】Ｇ．７２９コーダの高レベルの図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）のコーダの励起コーディング・ブロックの詳細図である。
【図１（ｃ）】図１（ａ）からのコーダと関連するデコーダの図である。
【図２】図１（ａ）からのコーダのコーディング・パラメータを述べる表を示す図である。
【図３】本発明のデコーダの図である。
【符号の説明】
【００６４】
１１２ デマルチプレクサ
１１７ ブロック
１２１ 適応後フィルタ
１２２ 高域通過後処理フィルタ
２１１〜２１３ ブロック
２１４ 比較器
２１５ 弁別器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コーダとデコーダとの間の伝送フレーム損失に続いて、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされたオーディオ信号のデコーダにおける適応励起利得を制限する方法であって、
・ 蓄積されたエラーを表す値を、前記伝送フレーム損失の後に適応励起デコーディングに供給するよう意図されたエラー指示関数を創設するステップと、ここに、任意の値が喪失されたフレームのための前記適応励起利得に割当てられ、
・ デコーディング中に前記エラー指示関数の値を計算するステップと、
・ エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するステップと、
・ 前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するステップと、
・ 少なくとも１つの適応励起利得と等価な利得が与えられた値よりも大きいならば、正の比較の場合に少なくとも１つの適応励起利得に制限を適用するステップと、
をデコーダにおいて含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記等価な利得は、一次の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｐであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記等価な利得は、１よりも大きい次数の長期間予測フィルタの等価利得ｇｅであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記任意の値は、エラー不同アルゴリズムによって前記喪失されたフレーム中に決定される適応励起利得の値に等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記エラー指示関数は、
【数１】
の形態であり、ここに、
・ Nは、長期間予測フィルタの次数であり、
・ 利得ｇｉｔは、受信されたフレームに対する前記適応長期間フィルタの適応励起利得に等しいか、または喪失されたフレームに対する先行するフレームにおける前記長期間予測フィルタの適応励起利得に等しく、
・ ｅｔ（ｎ）は、受信されたフレームに対して値０を有し、喪失されたフレームに対して値１を有し、
・ Pは、適応励起期間である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記エラー指示パラメータは、前記エラー指示関数のエネルギ（energy）を表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記表示するパラメータは、エラー指示関数の値の合計から得られることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
一次の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｐは、前記エラー指示パラメータが前記与えられた閾値より上である場合に値１に制限されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記エラー指示パラメータが前記与えられた閾値よりも上である場合に１よりも高い次数の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｉに修正係数が適用されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの適応励起利得は、前記エラー指示パラメータが前記閾値よりも上である場合に前記与えられた閾値の線形関数によって制限されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記適応励起利得は、利得制限器装置が装備されたコーダによって前記デコーダに供給されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
コンピュータにおいて実行されるとき、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法のステップを実行するために、コンピュータ読取り可能媒体上に記憶された命令を含むプログラム。
【請求項１３】
長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされるオーディオ信号のためのデコーダであって、
・ 伝送フレーム損失を検出ためのブロック（２１１）と、
・ 前記伝送フレーム損失に続くデコーディング中に累積適応励起エラーを表すエラー指示関数の値を計算するためのモジュール（２２２）と、ここに、任意の値が、喪失されたフレームに対し前記適応励起利得に割当てられ、
・ エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するためのモジュール（２１３）と、
・ 前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するための比較器（２１４）と、
・ デコーダによって用いられるべき少なくとも１つの適応励起利得の値を、比較器（２１４）によって供給される結果の関数として決定するよう適合された弁別器（２１５）と、
を備えたことを特徴とするデコーダ。
【請求項１】
コーダとデコーダとの間の伝送フレーム損失に続いて、長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされたオーディオ信号のデコーダにおける適応励起利得を制限する方法であって、
・ 蓄積されたエラーを表す値を、前記伝送フレーム損失の後に適応励起デコーディングに供給するよう意図されたエラー指示関数を創設するステップと、ここに、任意の値が喪失されたフレームのための前記適応励起利得に割当てられ、
・ デコーディング中に前記エラー指示関数の値を計算するステップと、
・ エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するステップと、
・ 前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するステップと、
・ 少なくとも１つの適応励起利得と等価な利得が与えられた値よりも大きいならば、正の比較の場合に少なくとも１つの適応励起利得に制限を適用するステップと、
をデコーダにおいて含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記等価な利得は、一次の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｐであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記等価な利得は、１よりも大きい次数の長期間予測フィルタの等価利得ｇｅであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記任意の値は、エラー不同アルゴリズムによって前記喪失されたフレーム中に決定される適応励起利得の値に等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記エラー指示関数は、
【数１】
の形態であり、ここに、
・ Nは、長期間予測フィルタの次数であり、
・ 利得ｇｉｔは、受信されたフレームに対する前記適応長期間フィルタの適応励起利得に等しいか、または喪失されたフレームに対する先行するフレームにおける前記長期間予測フィルタの適応励起利得に等しく、
・ ｅｔ（ｎ）は、受信されたフレームに対して値０を有し、喪失されたフレームに対して値１を有し、
・ Pは、適応励起期間である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記エラー指示パラメータは、前記エラー指示関数のエネルギ（energy）を表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記表示するパラメータは、エラー指示関数の値の合計から得られることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
一次の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｐは、前記エラー指示パラメータが前記与えられた閾値より上である場合に値１に制限されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記エラー指示パラメータが前記与えられた閾値よりも上である場合に１よりも高い次数の長期間予測フィルタの適応励起利得ｇｉに修正係数が適用されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの適応励起利得は、前記エラー指示パラメータが前記閾値よりも上である場合に前記与えられた閾値の線形関数によって制限されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記適応励起利得は、利得制限器装置が装備されたコーダによって前記デコーダに供給されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
コンピュータにおいて実行されるとき、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法のステップを実行するために、コンピュータ読取り可能媒体上に記憶された命令を含むプログラム。
【請求項１３】
長期間予測フィルタを含むコーダによってコーディングされるオーディオ信号のためのデコーダであって、
・ 伝送フレーム損失を検出ためのブロック（２１１）と、
・ 前記伝送フレーム損失に続くデコーディング中に累積適応励起エラーを表すエラー指示関数の値を計算するためのモジュール（２２２）と、ここに、任意の値が、喪失されたフレームに対し前記適応励起利得に割当てられ、
・ エラー指示関数の前記値からエラー指示パラメータを計算するためのモジュール（２１３）と、
・ 前記エラー指示パラメータを少なくとも１つの与えられた閾値と比較するための比較器（２１４）と、
・ デコーダによって用いられるべき少なくとも１つの適応励起利得の値を、比較器（２１４）によって供給される結果の関数として決定するよう適合された弁別器（２１５）と、
を備えたことを特徴とするデコーダ。
【図１（ａ）】
【図１（ｂ）】
【図１（ｃ）】
【図２】
【図３】
【図１（ｂ）】
【図１（ｃ）】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００９−５２８５６３（Ｐ２００９−５２８５６３Ａ）
【公表日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５６８２４（Ｐ２００８−５５６８２４）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０５０７７９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０９９２４４
【国際公開日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（５９１０３４１５４）フランス テレコム (290)
【公表日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０５０７７９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０９９２４４
【国際公開日】平成１９年９月７日（２００７．９．７）
【出願人】（５９１０３４１５４）フランス テレコム (290)
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