KR20050027272A - 스피치 프레임들의 에러 경감을 위한 스피치 통신 유닛 및방법 - Google Patents

스피치 프레임들의 에러 경감을 위한 스피치 통신 유닛 및방법 Download PDF

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KR20050027272A
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Abstract

스피치 통신 유닛(100)은 입력 스피치 신호를 나타낼 수 있는 스피치 부호기(134)를 포함하고, 상기 스피치 부호기(134)는 스피치 복호기에 다수의 스피치 프레임들을 전송하기 위한 전송 경로(281)를 포함하고, 상기 스피치 부호기(134)는 전송 경로(281)에서 전송된 다수의 스피치 프레임들에 대한 하나 이상의 참조들을 전송하기 위한 가상 전송 경로(282)를 특징으로 하고, 하나 이상의 참조들은 프레임이 에러로 수신될 때 대체 프레임으로서 사용된 전송 경로(281)상에 전송된 다수의 스피치 프레임들내의 대안적인 스피치 프레임에 관한 것이다. 스피치 통신 유닛은 많은 정확한 대체 프레임 메커니즘을 구비하는 하나 이상의 장점을 제공하여, 복구된 스피치 프레임에서 가청할 수 있는 바람직하지 않은 가공물의 위험성을 경감시킨다.

Description

스피치 프레임들의 에러 경감을 위한 스피치 통신 유닛 및 방법{Speech communication unit and method for error mitigation of speech frames}
본 발명은 스피치 통신 유닛들에서 스피치 코덱들의 성능을 개선시키기 위한 스피치(speech) 부호화 및 방법들에 관한 것이다. 본 발명은 스피치 코덱들에서 에러 경감에 이용할 수 있지만, 여기에 제한되지 않는다.
개인 이동 무선 사용자들에 대한 이동 통신 세계화 시스템(GSM) 셀방식 전화 통신 표준 및 지상 중계 무선(TETRA)(TErrestrial Trunked RAdio) 시스템용 글로벌 시스템 같은 많은 현재 음성 통신 시스템들은 스피치 패턴들을 부호화 및 복호화하기 위하여 스피치-처리 유닛들을 사용한다. 상기 통신 시스템들에서, 전송 유닛의 스피치 부호기는 아날로그 스피치 패턴을 전송에 적당한 디지탈 포맷으로 전환시킨다. 수신 유닛의 스피치 복호기는 수신된 디지탈 스피치 신호를 가청 아날로그 스피치 패턴으로 전환시킨다.
상기 무선 음성 통신 시스템들에 대한 주파수 스펙트럼이 중요한 리소스이기 때문에, 주파수 대역당 사용자들의 수를 최대화하기 위하여, 상기 스피치 신호들에 의해 사용된 채널 대역폭을 제한하는 것이 바람직하다. 그래서, 스피치 부호화 기술들 사용의 제 1 목적은 충실도(fidelity) 손실없이 압축 기술들의 사용에 의해, 가능한한 스피치 패턴들의 점유된 용량을 줄이는 것이다.
음성 및 데이터 통신 시스템들의 환경에서, 다른 방법은 유사한 데이터 신호들과 비교할 때 스피치 신호들상에 실질적으로 적은 보호를 제공하는 것이다. 이런 방법은 데이터 패킷들보다 스피치 패킷내에 비교적 많은 에러들을 유발하고 전체적인 스피치 패킷들의 손상 위험성을 증가시킨다.
스피치 복호기들에서, 에러 경감 기술들을 사용하여, 하기의 이벤트시 스피치 통신 유닛의 성능을 개선하는 것이 일반적이다.
상기 이벤트는 (ⅰ) 수신된 스피치 프레임내에 너무 많은 비트 에러들이 제공되거나;
(ⅱ) 네트워크 바탕 인터넷 프로토콜(IP)내의 데이터 패킷(스피치 정보를 포함할 수 있음)이 손실되는 경우이다.
"불량-프레임" 경감 기술들은 에러에서 수신된 프레임들의 가청 효과를 최소화하기 위하여 필요하고, 여기서 "에러 수신"이 에러들과 함께 수신되거나 전혀 수신되지 않는 것을 의미하기 위하여 여기에서 취해진다. 이들 기술들은 사일런스(silence) 또는 노이즈 중 하나를 복호화된 스피치로 주입하기보다 손실 스피치 프레임의 평가치를 재생한다. 상기 기술들은 통상적으로 스피치의 통계적 정적 특성들을 이용하는 것을 포함한다. 에러의 단일 프레임은 일반적으로 상기 프레임을 이전 프레임으로부터의 에너지, 피치(pitch), 스펙트럼 및 음성을 포함하는 유사한 파라미터들로 대체함으로써 적당히 평가된다. 그러나, 스피치는 진정으로 변동이 없고, 예를 들어 스피치 시작들 및 파열음들은 매우 짧은 이벤트들이다. 따라서, 이런 간단한 "대체" 기술은 때때로 비정상을 유발하므로, 바람직하지 않은 가공물들을 형성한다.
이상적인 세상에서, 전송 중단의 어느 한 측면으로부터 데이터를 내삽하는 것이 바람직하다. 즉, 불량-프레임 시퀀스 다음의 데이터를 취하는 것뿐만 아니라 그 이전 데이터를 취하고, 그 사이에 내삽하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 방법은 바람직하지 않은 지연을 도입하기 때문에 음성 통신 시스템들에서 허용되지 않는다.
몇몇 불량-프레임들이 수신되면, 그 때 스피치 신호들의 에너지는 종종 몇 프레임들 후 제로로 감소된다. 종종 "음성" 파라미터는 스피치가 발음되는지 않되는지에 따라 반복되는 변화에 이용할 수 있기 때문에 포함된다. 원리적으로, 발음된 스피치는 주기적인 성분을 단지 반복시키기 위해 바람직하다. 대조하여, 발음되지 않은 스피치에 대하여, 너무 주기적이지 않게 유사한 오디오 스펙트럼 및 유사한 에너지를 생성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 발명자들은 불량-프레임 경감 방법으로서 간단한 "대체" 프레임 메커니즘을 사용하는 것의 제한들을 인식하고 이해하였다. 특히, 발명자들은 희귀한 경우만 프레임을 진정으로 적당한 프레임으로 대체하는 것이 인식된다. 또한, 만약 다수의 프레임들이 빈약한 품질의 무선 통신 링크상에서 주로 발생할 수 있는 에러를 수신하면, 대체 프레임 메커니즘은 보다 덜 허용된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 다양한 개념들을 지원하기 위하여 제공된 스피치 부호기를 포함하는 무선 통신 유닛의 블록도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 다양한 발명의 개념들을 지원하기 위하여 적응된 부호 여기 선형 예측 스피치 부호기(code exited linear predictive speech corder)의 블록도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 대체 프레임들이 다수의 다른 프레임들로부터 선택되도록, 대안적인 가상 전송 경로에 의해 지시된 참조 메커니즘의 사용을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 주 전송 경로에서 발생하는 다중 에러들을 처리하기 위하여, 대안적인 가상 전송 경로의 개선된 사용을 도시한 도면.
따라서, 상기된 적어도 몇몇의 단점들을 제거하기 위하여, 상기 스피치 코덱들을 사용할 때 개선된 에러 경감 기술을 제공할 필요가 발생한다.
본 발명의 제 1 측면에서, 스피치 통신 유닛은 청구항 제 1 항에 따라 제공된다.
본 발명의 제 2 측면에서, 스피치 통신 유닛은 청구항 제 11 항에 따라 제공된다.
본 발명의 제 3 측면에 따라, 음성 통신 유닛에서 불량-프레임 에러 경감을 수행하는 방법은 청구항 제 13 항에 따라 제공된다.
본 발명의 제 4 측면에서, 스피치 통신 유닛은 청구항 제 14 항에 따라 제공된다.
본 발명의 제 5 측면에서, 무선 통신 시스템은 청구항 제 15 항에 따라 제공된다.
본 발명의 다른 측면들은 종속항들에서 한정된다.
요약하여, 본 발명의 목적은 현재 불량-프레임 에러 경감 기술들과 연관된 상기된 몇가지 단점들을 적어도 경감시키는 불량-프레임 에러 경감을 수행하는 스피치 코덱 및 방법을 포함하는 통신 유닛을 제공하는 것이다. 이것은 만약 전송 경로상 스피치 프레임이 에러로 수신되면, 전송 경로상에 스피치 프레임들을 전송하고 스피치 복호기에 의해 사용될 대안적인 대체 스피치 프레임들을 가리키기 위한 가상 전송 경로상에 전송되는 참조/포인터를 사용하므로써 달성된다. 이상적으로 다른 에러 통계치, 예를 들어 분리된 FEC 방법을 사용하는 부가적인 가상 전송 경로를 사용하므로써, 참조/포인터는 그것이 참고하는 스피치 프레임과 동일한 에러들에 영향을 받지 않을 것이다. 또한, 버퍼링 기술은 참고될 선택된 스피치 프레임에 유사한 특성들을 나타내는 이전에 전송된 다수의 스피치 프레임들로부터 대안적인 스피치 프레임을 선택하기 위하여 부호기에서 사용된다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 바로 기술될 것이다.
도 1을 지금 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들의 본 발명의 개념들을 지원하기 위하여 적응된 이동국(MS)(100)으로 이후 불리는 무선 가입자 유닛의 블록도가 도시된다. MS(100)는 MS(100)내의 수신기 및 전송기 체인 사이의 절연(isolation)을 제공하는 이중 필터(duplex filter), 안테나 스위치 또는 순환 장치(circulator)에 바람직하게 결합된 안테나(102)를 구비한다.
종래에 공지된 바와 같이, 수신기 체인은 통상적으로 스캐닝 수신기 프론트-엔드 회로(106)를 포함한다(수신, 필터링 및 중간 또는 기저-대역 주파수 변환을 효과적으로 제공함). 스캐닝 프론트-엔드 회로는 단일 처리 기능부(108)에 직렬로 접속된다. 신호 처리 기능으로부터의 출력은 스피치 처리 유닛(130)을 통하여 스피커 같은 적당한 출력 장치(110)에 제공된다.
스피치 처리 유닛(130)은 전송 매체를 통하여 전송하기에 적당한 포맷으로 사용자의 스피치를 부호화하기 위하여 스피치 부호화 기능부(134)를 포함한다. 스피치-처리 유닛(130)은 출력 장치(스피커)(110)를 통하여 출력하기에 적당한 포맷으로 수신된 스피치를 복호화하기 위하여 스피치 복호화 기능부(132)를 포함한다. 스피치-처리 유닛(130)은 제어기(114)를 통하여 메모리 유닛(116), 및 타이머(118)에 동작가능하게 결합된다. 특히, 스피치-처리 유닛(130)의 동작은 본 발명의 바람직한 실시예의 본 발명의 개념들을 지원하기 위하여 제공되었다. 특히, 스피치-처리 유닛(130)은 이전에 전송된 다수의 스피치 프레임들로부터 대체 스피치 프레임을 선택하기 위하여 제공되었다. 스피치 처리 유닛(130), 또는 신호 처리기(108)는 그 때 대안적인 가상 전송 경로의 참조/포인터 신호(선택된 대체 스피치 프레임을 가리킴)를 주 전송 경로에 전송하는 것을 가리킨다. 스피치-처리 유닛(130)의 적응은 도 2를 참조하여 추가로 기술된다.
완료를 위하여, 수신기 체인은 수신된 신호 세기 지시기(RSSI) 회로(112)( 비록 RSSI 회로 112가 수신기 체인내의 어떤 곳에 배치되면, 스캐닝 수신기 프론트 엔드 106에 결함되는 것이 도시됨)를 포함한다. RSSI 회로는 전체 가입자 유닛 제어를 유지하기 위한 제어기(114)에 결합된다. 제어기(114)는 스캐닝 수신기 프론트-엔드 회로(106) 및 신호 처리 기능부(108)(일반적으로 DSP에 의해 실현됨)에 또한 결합된다. 그러므로 제어기(114)는 복구된 정보로부터 비트 에러 속도(BER) 또는 프레임 에러 속도(FER)를 수신할 수 있다. 제어기(114)는 복호화/부호화 기능들과 같은 동작 상황들을 저장하기 위하여 메모리 장치(116)에 결합된다. 타이머(118)는 일반적으로 MS(100)내의 동작 타이밍들(시간-종속 신호들의 전송 또는 수신)을 제어하기 위하여 제어기(114)에 결합된다. 본 발명의 환경에서, 타이머(118)는 전송(부호화) 경로 및/또는 수신(복호화) 경로에서 스피치 신호들의 타이밍을 가리킨다.
전송 체인과 관련하여, 이것은 필수적으로 스피치 부호기(134)를 통하여 전송기/변조 회로(122)로 직렬로 결합된 마이크로폰 변환기와 같은 입력 장치(120)를 포함한다. 그후, 안테나(102)로부터 방사될 임의의 전송 신호는 전력 증폭기(124)를 통하여 통과된다. 전송/변조 회로(122) 및 전력 증폭기(124)는 제어기에 동작가능하게 응답하고, 전력 증폭기로부터의 출력은 듀플렉스 필터 또는 전달기(104)에 결합된다. 전송기/변조 회로(122) 및 스캐닝 수신기 프론트-엔드 회로(106)는 주파수 업컨버션(up-conversion) 및 주파수 다운 컨버션(down-conversion) 기능들(도시되지 않음)을 포함한다.
물론, MS(100)내의 다양한 구성 요소들은 본 발명의 개념들을 사용할 수 있도록 임의의 적당한 기능 토포로지에 배열될 수 있다. 게다가, MS(100)내의 다양한 구성 요소들은 이산 또는 집적 구성 요소 형태로 실현되고, 궁극적인 구조는 단순히 임의의 선택이다.
스피치 신호들의 바람직한 버퍼링 또는 처리가 스피치 처리 기능을 수행하는 소프트웨어 처리기(또는 디지탈 신호 처리기(DSP))를 이용하여 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 실현될 수 있는 것은 본 발명의 고려 사항안에 있다.
도 2를 참조하여, 부호 여기 선형 예측(CELP) 스피치 부호기(134)의 블록도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 도시된다. 분석될 음향 입력 신호는 마이크로폰(202)에서 스피치 부호기(134)에 인가된다. 입력 신호는 필터(204)에 인가된다. 필터(204)는 일반적으로 대역 통과 필터 특성들을 나타낼 것이다. 그러나, 만약 스피치 대역폭이 이미 적당하면, 필터(204)는 직접적인 유선 접속을 포함할 수 있다.
필터(204)로부터의 아날로그 스피치 신호는 N 펄스 샘플들의 시퀀스로 전환되고, 각각의 펄스 샘플의 크기는 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 그 때 아날로그 대 디지탈(A/D) 컨버터(208)의 디지탈 부호에 의해 표현된다. 샘플 클럭(SC)은 프레임 클럭(FC)과 함께 생성된다.
입력 스피치 벡터 s(n)로서 표현될 수 있는 A/D(208)의 디지탈 출력은 계수 분석기(210)에 인가된다. 이 입력 스피치 벡터 s(n)는 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 프레임들, 즉 프레임 클럭(FC)에 의해 결정되는 길이인 시간의 블록들에서 반복적으로 얻어진다.
스피치의 각각의 블록에 대하여, 한 세트의 선형 예측 부호화(LPC) 파라미터들은 계수 분석기(210)에 의해 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 형성된다. 생성된 스피치 부호기 파라미터들은 LPC 파라미터들, 장기 예측기(LTP) 파라미터들, 여기 이득 인자(G2)(가장 우수한 확률론적 부호록 여기 부호워드 Ⅰ와 함께)를 포함한다. 상기 스피치 부호화 파라미터들은 멀티플렉서(250)에 인가되고 복호기에서 스피치 합성에 의해 사용하기 위해 채널을 통해 전송된다. 입력 스피치 n(s)는 또한 감산기(230)에 인가되고, 그 기능은 후에 기술된다.
도 2에 종래 CELP 부호기내에서, 부호록 검색 제어기(240)는 가장 우수한 인덱스들(indice)을 선택하고 블록(214)내의 확률론적 부호록 및 블록(216)내의 적응성 부호록으로부터 입력 스피치 샘플을 나타내기 위하여 사용된 합산된 선택 여기 벡터의 최대 웨이팅 에러를 형성한다. 확률론적 부호록(214) 및 적응성 부호록(216)의 출력은 각각의 이득 기능부들(222 및 218)에 입력된다. 이득 조절 출력들은 종래 기술에서 공지된 바와 같이 합산기(220)에서 합산되고 LPC 필터(224)에 입력된다.
첫째로, 적응성 부호록 또는 장기 예측기 구성 요소는 1(n)이 계산된다. 이것은 지연 및 이득 인자 'G1'를 특징으로 한다.
각각의 확률론적 부호록 여기 벡터 ui(n)에 대하여, 재구성된 스피치 벡터 s'i(n)는 입력 스피치 벡터 s(n)에 비교를 위하여 생성된다. 이득 블록(222)은 여기 이득 인자 'G2'를 스케일하고 합산 블록(220)은 적응성 부호록 구성 요소에 부가한다. 상기 이득은 계수 분석기(210)에 의해 미리 계산되고 모든 여기 벡터들을 분석하기 위하여 사용되거나 부호록 검색 제어기(240)에 의해 생성된 가장 우수한 여기 부호워드 Ⅰ에 대한 검색과 함께 최적화될 수 있다.
스케일 여기 신호 G11(n) + G2ui(n)은 재구성된 스피치 벡터 s'i(n)을 생성하기 위하여 단기 예측기(STP) 필터를 구성하는 선형 예측 부호화 필터(224)에 의해 필터된다. i 번째 여기 부호 백터에 대한 재구성된 스피치 벡터 s'i(n)는 감산기(230)에서 이들 두 개의 신호들을 감산함으로써 입력 스피치 벡터 s(n)의 동일한 벡터와 비교된다.
차 벡터 ei(n)는 스피치의 블록들 및 재구성된 블록들 사이의 차이를 나타낸다. 차 벡터는 계수 분석기(210)에 의해 생성된 웨이팅 필터 파라미터들(WTP)을 사용하여 웨이팅 필터(232)에 의해 지각적으로 웨이팅된다. 예측 웨이팅은 에러가 인간 귀에 매우 지각적으로 중요한 주파수들 및 다른 주파수들을 강조시킨다.
부호록 검색 제어기(240)내의 에너지 계산기 기능은 웨이팅 차이 벡터 e'i(n)의 에너지를 계산한다. 부호록 검색 제어기는 최소 에러를 생성하는 여기 벡터를 결정하기 위하여 이전 에러 신호들에 대하여 제공된 여기 벡터 u'i(n)에 대한 i 번째 에러 신호를 비교한다. 최소 에러를 가진 i 번째 여기 벡터의 부호는 가장 우수한 여기 부호 Ⅰ로서 채널을 통하여 출력된다.
스케일링된 여기 Gi1(n) + G2uⅠ(n)의 복사본은 미래 사용을 위하여 (216)의 장기 예측기 메모리내에 저장된다.
대안으로, 부호록 검색 제어기(240)는 미리 결정된 에러 임계치에 부합하는 것 같은 몇몇 미리 결정된 참조를 가진 에러 신호를 제공하는 특정 부호워드를 결정할 수 있다.
통상적인 스피치 부호화 유닛 기능의 보다 상세한 설명은 1994년 John Wiley에 의해 발표된 A.M.Kondoz에 의한 "낮은 비트 속도 시스템들에 대한 디지탈 스피치 부호화"에서 발견될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 에러 경감 기술은 멀티플렉서(250) 다음의 스피치 프레임들에 인가된다. 본 발명은 주 전송 경로(281)상 부호기로부터 전송된 이전에 부호화된 스피치 프레임에 하나의 포인터를 전송하기 위하여 사용되는 다른, 바람직하게 평행한 가상 전송 경로(282)를 이용한다.
본 발명의 환경에서, 표현 '가상"은 스피치 통신을 지원하는 주 전송 경로외에 부호기로부터 복호기로 제공된 전송 경로로서 정의된다. '가상' 전송 경로는 동일한 비트 스트림, 또는 시분할 멀티플렉싱 방법에서 동일한 시간 프레임 또는 다중 프레임내에, 또는 다른 통신 루트, 예를 들어 VoIP 시스템을 통하여 배치될 수 있다. 이상적으로 다른 에러 통계치들, 예를 들어 분리된 FEC 방법을 사용하여 부가적인 전송 경로를 이용함으로써, 참조/포인터는 참고하는 스피치 프레임과 동일한 에러들에 영향을 받지 않을 것이다.
공지된 부호화 장치들에 대한 한가지 주목할 만한 차이는 멀티플렉싱 동작 다음 제 2 최소화 섹션이 있다는 것이다. 상기 회로는 버퍼에 홀딩된 스피치 파라미터 데이터를 평가하고 현재 스피치 프레임에 가장 근접한 것을 선택한다.
하나의 개선된 실시예에서, 병렬 가상 전송 경로는 스피치 부호기에 의해 주 전송 경로에 사용된 것과 다른 순방향 에러 수정(FEC) 보호를 사용한다. 이런 방식에서, 독립적인 FEC 경로를 사용함으로써, 스피치 데이터 패킷은 다른 에러 통계치들로부터 고통받는다. 메인 및 병렬 가상 전송 경로들 사이의 이런 차이는 에러들에 대한 강건함을 개선시킨다.
멀티플렉서(250)는 이전에 멀티플렉싱된 프레임들을 홀딩하는 버퍼(260)에 데이터 패킷들/프레임들을 출력한다. 디멀티플렉서(270)는 버퍼(260)에 홀딩된 멀티플렉스된 신호의 버퍼 프레임들을 평가한다. 이것과 관련하여, 디멀티플렉서(270)는 LPC 파라미터들(272)로부터 여기 파라미터들(274)을 분리한다. 여기 파라미터들을 생성하기 위하여 사용된 장기 예측기의 메모리가 프레임의 시작시 장기 예측기(216)와 동일하여야 하는 것이 주의된다.
멀티플렉스된 스피치의 각각의 블록에 대하여, 그러므로 현재 프레임들 및 이전 프레임들에 대한 한세트의 선형 예측 부호화(LPC) 파라미터들이 생성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 각각의 양자화된 LPC 파라미터들 및 여기 파라미터들은 버퍼링된 데이터의 j 번째 이전 프레임에 대한 재구성된 스피치 벡터들 s'j(n)를 형성한다. 이들은 감산기(262)에서 이들 두 개의 신호들을 감산함으로써 이전에 버퍼링된 스피치 벡터들과 비교된다.
차 벡터 ej(n)는 스피치의 본래 버퍼 블록들 및 이전에 버퍼링된 블록들 사이의 차를 나타낸다. 상기 차 벡터는 LPC 웨이팅 필터(264)에 의해 퍼센트적으로 웨이팅된다. 지시된 바와 같이, 지각적인 웨이팅은 인간 귀에 지각적으로 보다 중요한 에러를 가진 상기 주파수, 다른 주파수들을 감쇠시킨다.
부호 검색 제어기(266) 내부의 에너지 계산기 기능은 웨이팅 차 벡터 e'j(n)의 에너지를 계산한다. 부호록 검색 제어기(266)는 최소 에러를 생성하는 여기 벡터를 결정하기 위하여 이전 에러 신호들에 대해 제공된 여기 벡터 uj(n)에 대한 j 번째 에러 신호를 비교한다. 부호록 검색 제어기(266)는 최소 웨이팅된 에러를 제공하기 위하여 '가장 우수한 프레임 데이터에 대한 인덱스'을 선택한다. 그 다음 부호기는 주 전송 경로의 각각의 스피치 프레임 및 그 자체 사이에서 최소 웨이팅된 에러를 제공할 때 결정된 이전 프레임에 대한 '포인터'를 복호기에 전송한다.
필수적으로, 참조된 스피치 프레임(이상적으로 현재 전송된 프레임으로부터 시간 또는 프레임 번호적으로 별도)은 지각적으로 웨이팅된 에러 분별시 부호기에 의해 부호화되었던 프레임과 가장 밀접하게 유사한 스피치의 현재 이동 윈도우내의 프레임을 구성한다. 그러므로, 그것은 만약 프레임이 에러로 수신되면 에러 경감 과정에 사용하기 위한 현재 프레임에 가장 우수한 매칭(포인터)을 나타낸다. 이런 표현, 또는 포인터는 도 3에 관하여 보다 상세히 기술된다.
도 3을 참조하여, 버퍼 타이밍 다이어그램(300)은 본 발명의 바람직한 처리를 도시한다. 타이밍 다이어그램은 에러인 것으로 결정되고 스피치 복호기에서 수신되었던 프레임 0 310을 도시한다. 그 다음 복호기는 프레임 0 310을 대체하기 위해 가장 적당한 프레임을 결정하기 위하여 대안 가상 전송 경로를 평가한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 대안적인 가상 전송 경로는 프레임 0 310의 바람직한 대체시 프레임 -4 320에 대한 포인트를 포함한다. 프레임 0 310을 프레임 -4 320으로 대체함으로써, 스피치 복호화 과정시 스피치 품질상에 최소 효과를 가진다.
본 발명의 발명자들은 바로 전 프레임들이 통상적으로 동일한 말한 사람(즉, 스피치 프레임들은 유사한 피치 및 포맷 위치들을 나타낼 것이다)에 의해 모두 말해졌다는 사실을 인식하고 이용했다. 그러므로, 유사한 이전 스피치 프레임이 현재 스피치 프레임에 발견될 수 있을 가능성이 높다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 최소 지각적인 에러는 메모리내의 각각의 프레임에 대해 파라미터들의 세트들을 제공하면, 버퍼링된 프레임들의 각각에 대하여 웨이팅 세그먼트 신호-대-노이즈(SEGSNR) 또는 평균 웨이팅된 SNR을 평가함으로써 발견된다. 바람직하게, 세그먼트는 스피치 코덱 서브-프레임 레벨로 정의된다.
이런 결정은 부호기에서 수행된다. 작은 피치 에러(pitch error)가 있는 경우, 그것은 매우 다른 SEGSNR 값들이 나타날 수 있다는 것이 고려된다. 이것은 소스 스피치 및 버퍼링된 신호가 빠르게 다른 위상으로 이동될 수 있기 때문이다. 그래서, 본 발명의 개선된 실시예에서, 서브 샘플 해상도(일반적으로 1/3 또는 1/4 샘플들)를 사용하여 버퍼링된 프레임들에 대한 피치 기간, 즉 +/- 5% 정도로 검색하는 것이 제안되고 가장 높은 SEGSNR 값을 얻는다.
본 발명의 다른 개선점에서, 만약 프레임 자체가 에러로 수신되면, 프레임의 불량 수신이 자체인 것을 경감시키기 위하여 사용된 프레임은 도 4에 도시된 에러로 수신된 현재 프레임에 대한 스피치 정보의 가장 우수한 소스이다. 따라서, 도 4는 다중 에러들이 처리되는 방법을 가리키는 타이밍 도면을 도시한다. 프레임 0 410으로부터의 데이터는 에러로 공지된다. 제안된 에러 경감 과정은 적당한 대체로서 데이터 프레임 4 420을 가리키는 대안적인 가상 전송 경로를 사용한다. 그러나, 데이터 프레임 -4 420은 에러로 결정된다. 상기 경우, 포인터는 변조된 프레임 -4 420에 대해 가장 유사한 프레임인 하나의 프레임으로서 프레임 -6 430으로부터의 데이터를 가리킨다. 그러므로, 프레임 -6 450은 프레임 -4 420을 대체하기 위하여 사용되고 프레임 -1 410을 대체하기에 적당한다. 이런 방식으로, 다중 프레임 에러들은 메모리를 벗어난 참조들의 문제를 극복하도록 조절될 수 있다.
이것은 궁극적으로 효과적으로 저장 윈도우 밖으로 인도하는 참조들(포인터들)을 유발할 수 있다. 그러나, 이것은 만약 윈도우내의 에러 값들이 다중 참조들에 대한 필요성을 제거함으로써 업데이트되면 문제로서 요구되지 않는다.
선택적으로, 만약 대체된 프레임들이 버퍼내에 저장되면, 프레임 -4 420이 현재 프레임이기 이전에, 버퍼는 항상 이용할 수 있는 데이터만을 포함하도록, 버퍼내의 프레임 -6 430(그래서 프레임 -2)에 의해 대체된다.
요약하여, 참조 또는 포인터는 주 비트 스트림에 대한 다른 비트 스트림의 복호기에 전송된다. 참조 또는 포인터는 현재 전송된 프레임과 가장 우수하게 매칭하는 이전에 전송된 프레임을 가리킨다. 참조 또는 포인터는 병렬 비트 스트림으로 바람직하게 전송된다. 만약 프레임이 스피치 복호기에서 에러로 수신되면, 참조 또는 포인터는 프레임 대체 에러 경감 과정에서 사용된다. 따라서, 프레임 경감은 공지된 바로 전 또는 그 다음 연속하는 프레임 대체 메커니즘을 다수의 프레임들로부터의 임의의 프레임으로 연장함으로써 개선된다. 이것과 관련하여, 상기 처리에서 사용된 프레임들의 수는 최소 웨이팅된 에러 프레임을 결정하기 위하여 요구된 버퍼링/저장 메커니즘 및/또는 처리 전력에 의해서만 제한된다.
지시된 바와 같이, 스피치 부호기의 스피치 파라미터들의 버퍼링/저장 처리는 프레임들의 수 이상 수행된다. 예를 들어, <12 kb/sec의 GSM 향상 풀 속도(EFR) 코덱의 경우, 3 초의 스피치에 대한 저장은 단지 5 kbyte이다. 가장 어려운 임무는 일백 오십 가능 프레임들로부터 가장 밀접한 프레임 매칭을 식별하는 것이다. 따라서, 본 발명의 일실시예에서, 상기된 최소 웨이팅된 에러 선택 기술은 스피치 부호기 프레임의 파라미터들 모두 보다 오히려, 합성 스피치로부터 유도된 파라미터들의 서브세트들 또는 파라미터들에 인가될 수 있다. 다른 말로, 합성된 스피치 프레임(부호기 및 복호기 모두에서 계산된 합성 스피치로부터 유도된 스피치 파라미터)의 에너지 및 LPC 필터 파라미터들(LSF)은 메모리 및 계산 과정을 절약하기 위하여 정밀한 부호기 파라미터들보다 오히려 참조(또는 포인터됨)될 수 있다.
이것과 관련하여, 스피치 프레임이 많은 파라미터들을 포함하기 때문에, 제안된 기술은 임의의 수의 파라미터들에 인가될 수 있다. CELP 부호기에서 상기 파라미터들의 실시예들은 다음과 같다 :
(1) LPC 파라미터들을 나타내는 라인 스펙트럴 쌍들(LSP);
(2) 서브프레임-1에 대해 뒤진 장기 예측기(LTP) 래그(lag);
(3) 서브프레임-1에 대한 LTP 이득;
(4) 서브프레임-1에 대한 부호록 인덱스;
(5) 서브프레임-1에 대한 부호록 이득;
(6) 서브프레임-2에 대한 장기 예측기 래그;
(7) 서브프레임-2에 대한 LTP 이득;
(8) 서브프레임-2에 대한 부호록 인덱스;
(9) 프레임-2에 대한 부호록 이득;
(10) 서브프레임-3에 대한 장기 예측기 래그;
(11) 서브프레임-3에 대한 LTP 이득;
(12) 서브프레임-3에 대한 부호록 인덱스;
(13) 서브프레임-3에 대한 부호록 이득;
(14) 서브프레임-4에 대한 장기 예측기 래그;
(15) 서브프레임-4에 대한 LTP 이득;
(16) 서브프레임-4에 대한 부호록 인덱스; 또는
(17) 서브프레임-4에 대한 부호록 이득.
포인터가 파라미터들의 전체 세트보다 오히려, 현재 프레임의 것에 매칭하도록 이전 프레임들로부터 LSP의 세트를 참조함으로써 전송될 수 있는 것은 본 발명의 고려 사항내에 있다. 선택적으로, 상기 다수의 파라미터들의 각각에 대한 포인터를 가지는 것은 가능하다.
무선 통신 시스템에서, 병렬 가상 전송 경로는 데이터 비용 중 보호되지 않은 비트들내에서 블록 부호화 참조 워드를 전송하는 것을 포함한다(여기서, 7 개의 비트들은 대략 2.5 초와 같은 128 프레임 버퍼를 지원하기에 충분하다). 이것은 2 비트 에러 수정까지 제공하는 15 비트의 BCH 블록 부호로 부호화될 수 있다(75 비트/초의 등가 속도를 가짐).
선택적으로, 대안적인 가상 전송 경로가 에러 수정 및 에러 검출 기능들의 결합을 제공할 수 있다는 것이 고려된다. 에러 검출은 참조의 빈약한 수신이 불량 경감을 유발하기 때문에 유용하다. 잘못되게 수신된 참조 워드의 경우, 상기 방법은 이전 프레임 반복를 디폴트할 수 있다. 75 비트/초의 채널 속도는 무시할 수 있는 감도 손실을 유발하는 22.8 Kbit/sec 내지 22.725 Kbit/sec의 GSM 풀-속도 채널의 그로스 비트-속도만을 감소시킨다.
인터넷 프로토콜(VoIP) 통신 링크를 통한 음성 같은 다른 실시예에서, 대안적인 가상 전송 경로는 다중 패킷 스트림들을 전송함으로써 달성할 수 있다. 이런 환경에서, 이것이 패킷 드롭핑(packet dropping) 가능성들을 증가시키기 때문에 총 트래픽이 실질적으로 증가하지 않는 것은 바람직하다.
바람직한 메커니즘은 전송들이 발생하고 스피치가 고정되지 않은 경우에만 상기된 바와 같이 이전 프레임들에 대한 참조를 전송한다. 스피치가 고정될 때, 및 종래 기술들이 비교적 잘 작동할 때, 참조들은 전송되지 않는다. 이런 방식에서 패킷 네트워크는 과도하게 오버로드되지 않고, 성능 이득들(performance gains)의 대부분은 달성된다. 스피치 신호가 얼마나 정적인지의 정도는 손실 패킷의 경우에서 재생된 품질을 개선하기 위하여 조절될 수 있는 변수로서 생성될 수 있다.
복호기 기능성은 실질적으로 부호기의 역(멀티플렉서 다음 부가적인 회로 없이)이고, 그러므로 여기에 상세히 기술되지 않는다. 통상적인 스피치 복호화 유닛의 기능성 설명은 또한 1994년 John Wiley에 의해 발표된 A.M.Kondoz에 의한 "저속 비트 통신 시스템들에 대한 디지탈 스피치 부호화"에서 발견될 수 있다. 복호기에서, 복호기는 그것이 불량-프레임을 결정할 때까지 표준 복호화 처리를 따른다. 불량-프레임이 검출될 때, 복호기는 각각의 참조/포인터에 의해 지시된 대안적인 프레임을 결정하기 위하여 대안적인 가상 전송 경로를 평가한다. 그 다음 복호기는 참조/포인터 전송에 의해 표시된 바와 같이 '유사한' 프레임을 검색한다. 이전에 지시된 프레임은 스피치를 합성하기 위하여 수신된 프레임을 대체하기 위해 사용된다.
바람직하게, 여기에 기술된 본 발명의 개념들은 이미 구성된 FEC 방법으로부터 비트들을 얻음으로써 종래 코덱들에 개장될 수 있다.
임의의 스피치 처리 회로가 상기된 본 발명의 개념으로부터 바람직한 것은 본 발명의 범위내에 있다.
상기된 불량-프레임 에러 경감 메커니즘은 적어도 하기와 같은 장점을 제공하는 것이 이해될 것이다 :
(1) 보다 정확한 프레임 메커니즘이 제공되어, 복구된 스피치 프레임들에서 가청할 수 있는 바람직하지 않은 강고물의 위험성을 감소시킨다.
(2) 대안적인 가상 전송 경로는 예를 들어 이미 구성된 FEC 방법으로부터 비트들을 얻음으로써 종래 코덱들에 개장될 수 있다.
(3) 전이들이 발생하고 스피치가 고정되지 않을 경우만 이전 프레임들에 대한 참조들이 전송될 때, 종래 불량-프레임 에러 경감 기술들은 사용되어, 본 발명에서 요구된 임의의 부가적인 데이터를 경감한다.
(4) 이런 방법에서 참조된 프레임들과 주어진 프레임에 대해 수신된 데이터를 교차-참조함으로써, 잘못 수신된 파라미터들은 검출될 수 있다.
바람직한 실시예가 본 발명의 애플리케이션에서 CELP 부호기에 대해 논의하였지만, 전송 에러들이 발생할 수 있는 다른 스피치 처리 유닛이 여기에 포함된 본 발명의 개념들로부터 바람직할 수 있다는 것이 본 발명자들에 의해 예상된다. 여기에 기술된 본 발명의 개념들은 범용 이동 원격 통신 시스템(UMTS) 유닛들, 이동 통신 세계화 시스템에 대한 글로벌 시스템(GSM), 지상 중계 무선(TETRA) 통신 유닛들, 정보 및 시그널링 표준의 디지탈 상호교환(DIIS), 인터넷 프로토콜을 통한 음성(VoIP) 유닛들 등 같은 무선 통신 유닛들에 대한 스피치 처리 유닛에서 특정 용도를 발견한다.
본 발명의 장치
스피치 통신 유닛은 입력 스피치 신호를 나타낼 수 있는 스피치 부호기를 포함한다. 스피치 부호기는 스피치 복호기에 다수의 스피치 프레임들을 전송하기 위한 전송 경로를 포함한다. 스피치 부호기는 전송 경로에서 전송된 다수의 스피치 프레임들에 대한 하나 이상의 참조들을 전송하기 위한 가상 전송 경로를 더 포함한다. 하나 이상의 참조들은 프레임이 에러로 수신될 때 대체 프레임으로서 사용될 전송 경로상에 전송된 다수의 스피치 프레임들내의 대안적인 스피치 프레임에 관한 것이다.
스피치 통신 유닛, 예를 들어 스피치 부호기를 포함하는 상기 스피치 통신 유닛은 가상 전송 경로상 다수의 스피치 프레임들을 수신하기 위하여 제공된 스피치 복호기를 포함한다. 하나 이상의 참조들은 프레임이 에러로 수신될 때 대체 프레임으로서 사용될 전송 경로상에 수신된 다수의 스피치 프레임들내의 대안적인 프레임에 관한 것이다.
본 발명의 방법
불량-프레임 에러 경감을 수행하는 방법은 스위치 통신 유닛의 스피치 부호기에 의해 전송 경로상 다수의 스피치 프레임들을 스피치 복호기에 전송하는 단계를 포함한다. 스피치 부호기는 가상 전송 경로상에서 전송 경로에 전송된 다수의 스피치 프레임들에 대한 하나 이상의 참조들을 전송한다. 하나 이상의 참조들은 프레임이 에러로 수신될 때 대체 프레임으로서 사용될 전송 경로상에 전송되는 다수의 스피치 프레임들내의 대안적인 스피치 프레임에 관한 것이다.
이런 방식에서, 다수의 스피치 프레임들로부터 개선된 대체 프레임은 스피치 프레임이 에러로 수신될 때 선택될 수 있다.
따라서, 불량-프레임 에러 경감 기술, 및 연관된 스피치 통신 유닛들 및 회로들은 공지된 에러 경감 기술들이 가지는 상기된 적어도 몇몇의 단점들을 실질적으로 제거하는 것이 기술되었다.

Claims (15)

  1. 입력 스피치 신호를 나타낼 수 있는 스피치 부호기를 포함하는 스피치 통신 유닛으로, 상기 스피치 부호기는 다수의 스피치 프레임들을 상기 스피치 복호기에 전송하기 위한 전송 경로(281)를 포함하는 상기 스피치 부호기(134)를 포함하는 스피치 통신 유닛(100)에 있어서,
    상기 스피치 부호기(134)는 전송 경로(281)에서 전송되는 다수의 스피치 프레임들에 대한 하나 이상의 참조들을 전송하기 위한 가상 전송 경로(282)를 특징으로 하고, 상기 하나 이상의 참조들은 프레임이 에러로 수신될 때 대체 프레임으로서 사용될 상기 전송 경로(281)상에 전송된 스피치 프레임들의 수 이내의 대안적인 스피치 프레임에 관련되는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스피치 부호기(134)는,
    상기 다수의 스피치 프레임들을 멀티플렉싱하기 위한 멀티플렉서(250);
    멀티플렉싱된 스피치 데이터를 저장하기 위해, 상기 멀티플렉서(250)에 동작가능하게 결합된 버퍼(260); 및
    상기 버퍼(260)의 현재 스피치 프레임을 특징화하고 상기 스피치 프레임과 유사한 특징을 나타내는 대안적인 스피치 프레임을 선택하기 위해, 상기 버퍼(260)에 동작가능하게 결합되는 처리기(130, 170)로서, 상기 대안적인 스피치 프레임에 대한 참조는 가상 전송 경로(282)의 복호기에 전송되는 상기 처리기(130, 270)를 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 처리기는 버퍼(260)에서 하나 이상의 스피치 프레임들을 액세스하기 위한 디멀티플렉서 기능(270)을 포함하고, 유사한 특성을 나타내는 스피치 프레임을 선택하기 위하여 상기 버퍼링된 스피치 프레임의 LPC 파라미터들(272)로부터 여기 파라미터들(274)을 분리하는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가상 전송 경로(282)는 상기 전송 경로(281)의 동일한 비트 스트림내에 포함되는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송 경로(281)는 제 1 순방향 에러 수정 보호 방법을 사용하고 상기 가상 전송 경로(282)는 상기 전송 경로(281)에서 사용된 것과 다른 제 2 순방향 에러 수정 보호 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  6. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 처리기(130, 266, 270)는 최소 웨이팅된 에러를 제공하기 위해 대안적인 대체 프레임을 선택하는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 처리기(130, 266, 270)는 상기 버퍼링된 프레임들의 각각에 대한 웨이팅된 세그멘탈 신호-대-노이즈(SEGSNR) 또는 평균 웨이팅된 SNR을 평가함으로써 최소 웨이팅된 에러를 결정하는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 처리기(130, 266, 270)는 스피치 부호화 파라미터들의 서브세트의 최소 웨이팅된 에러를 결정하는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  9. 제 6 항, 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 처리기(130, 266)는 실질상 상기 버퍼링된 스피치 프레임들의 피치 기간(pitch period) 주변을 검색하고, 가장 높은 SEGSNR 값을 나타내는 프레임을 선택하는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대안적인 스피치 프레임(320)은 전이들이 발생하고 스피치가 고정되지 않은 경우만 상기 현재 스피치 프레임에 참조되는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송 경로(281)상 다수의 스피치 프레임들 및 가상 전송 경로(282)상 하나 이상의 대안적인 스피치 프레임(320)을 수신하는 스피치 복호기(132)를 특징으로 하고, 상기 하나 이상의 참조들은 프레임이 에러로 수신될 때 대체 프레임으로서 사용될 상기 전송 경로(281)상에서 수신된 스피치 프레임들의 수 이내의 대안적인 스피치 프레임(320)에 관한 것임을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서, 만약 상기 대안적인 스피치 프레임(420)이 에러로 수신되면, 프레임(430)은 에러로 수신된 상기 대안적인 프레임(420)에 대한 상기 대안적인 프레임으로서 선택되고, 에러로 수신된 상기 대안적인 스피치 프레임(420)뿐만 아니라 에러로 수신된 상기 현재 스피치 프레임(410)의 대체에 사용되는 것을 특징으로 하는, 스피치 통신 유닛.
  13. 음성 통신 유닛(100)에서 불량-프레임 에러 경감(bad-frame error mitigation)을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 방법은, 스피치 통신 유닛(100)의 스피치 부호기(134)에 의해, 스피치 복호기에 상기 전송 경로(281)상으로 다수의 스피치 프레임들을 전송하는 단계를 포함하고, 상기 방법은,
    가상 전송 경로(282)상에서, 상기 전송 경로(281)에 전송된 다수의 스피치 프레임들에 대한 하나 이상의 참조들을 전송하는 단계를 특징으로 하고, 상기 하나 이상의 참조들은 프레임이 에러로 수신될 때 대체 프레임으로서 사용될 상기 전송 경로(281)상에 전송된 스피치 프레임들의 전송된 수 내의 대안적인 스피치 프레임에 관한 것임을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제 13 항에 따른 방법 단계들을 수행하는 스피치 통신 유닛(100).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 상기 전송 경로(281) 및 상기 가상 전송 경로(282)의 사용을 지원하는 무선 통신 시스템.
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