Algebraic Code Excited Linear Prediction

Algebraic Code Excited Linear Prediction （ algebraic CELP 、代?CELP、代?符??振線形予測）あるいは ACELP とは、 CELP を?用した音?符?化アルゴリズムである。?率が良いため、 VoIP や携?電話などの音? コ?デックで?く用いられている。

ACELP は ITU-T G.723.1 （5.3kbps）、 G.729 （8kbps）、 G.722.2 （6.6-23.85kbps）、及び携?電話用の GSM AMR （ GSM / W-CDMA 用）、 AMR-WB （ W-CDMA 用、 AMR のワイドバンド版）、 EVRC （ CDMA2000 用）、 VMR-WB （ CDMA2000 用のワイドバンド版）、 SMV （ CDMA2000 用）、PDC-EFR（ PDC 用）などで使用されている。

?要 [ 編集 ]

ACELP のベ?スである CELP は線形予測符? (LPC) から派生した音?符?化アルゴリズムで、線形予測フィルタ? の入力として適?型と固定型のコ?ドブックに登?された信?を使う。 ACELP は、代?的に決められた位置に配置した振幅が+1/-1のパルスの組み合わせからなる固定型コ?ドブックと、この CELP のアルゴリズムとを組み合わせた方式である。以下の特?がある。

代?的な性格よりコ?ド探索の?率が良い。
コ?ドブック全?をテ?ブルとして用意する必要が無いためメモリが削減できる。
柔軟性があり大きなサイズのコ?ドブックを容易に?現できる。

ACELP の基本的なアイデアは1987年に?表され ^[1]、その後、疎な（スパ?ス）代?コ?ドを使うよう改良が加えられ ^[2]、計算量が低減された。 1990年代以降、その?率性のため ACELP のコ?ドブックの表現方式は最もよく使われている ^[3]。

技術 [ 編集 ]

ACELP アルゴリズムのベ?スである CELP は、「合成による分析」の手法を用い音?波形を再合成し?感補正を行った後の信?と元の信?とを比較することで、コ?ドブックから誤差が最小になるものを探索する。これを?純に?行すると探索に大きな計算量が必要で、計算量を減らすための工夫が必要になる。またコ?ドブックのサイズが大きくなると多量のメモリも必要である。ACELP はこれらを改善するために考案された。

ACELP で使われているコ?ドブックの基本的なアイデアは、ハミング符? など誤り訂正符? の考え方に近い ^[3]。ハミング符? などでは符?空間?に特定の規則を用いて距離（たとえばハミング距離）が等しくなるよう符?を割り?て、誤ったビットパタ?ンに?して最も距離が近い符?を正しい符?（訂正?み符?）と見なす。同?に、ACELP で使われているコ?ドブックは振幅が+1/-1のパルスを一定の規則で割り?てたものを用い、その中で誤差が最小になるものを符?化結果とする。規則的に生成したコ?ドブックはメモリを消費せず、誤差が最小になるものを探索するのにも合理的である。

ACELP では振幅が固定のパルスを使うため、1つのパルスでの線形予測フィルタ? の出力を求めておけば全てのパルスの和による出力はそれらの合成により求められ、計算量を削減できる。また、一般に誤差を最小にするために必要な+1/-1パルスは少?でよいことが分かっており、これを利用しさらにアルゴリズムを?率化している ^[2]。

以下に ITU G.722.2 コ?デック（12.65k bps モ?ド時）の固定コ?ドブックの例を示す ^[4]。 64 サンプルからなる?理?位（サブフレ?ム）を以下の 4 トラックに分け、それぞれに?して 2 ビット（全?で 8 ビット）の+1/-1パルスを割り?てる。

ACELP 固定コ?ドブックの例　（ ITU G.722.2 （12.65k bps モ?ド時））
トラック	値	パルス	パルス位置
1	±1	i ₀, i ₄	0, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, 60
2	±1	i ₁, i ₅	1, 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33, 37, 41, 45, 49, 53, 57, 61
3	±1	i ₂, i ₆	2, 6, 10, 14, 18, 22, 26, 30, 34, 38, 42, 46, 50, 54, 58, 62
4	±1	i ₃, i ₇	3, 7, 11, 15, 19, 23, 27, 31, 35, 39, 43, 47, 51, 55, 59, 63

ITU G.722.2 は複?のビットレ?トをサポ?トするが、高ビットレ?トでは1トラックに割り?てるパルスの?を?やし、低ビットレ?トの場合は１トラックに割り?てるパルスの?を減らしたりトラックの?を減らしたりする。固定コ?ドブックをこのように柔軟に再構成できるのは ACELP の特?の1つである。

?用 [ 編集 ]

以下ではACELP を?用したアルゴリズムについて述べる。

CS-ACELP [ 編集 ]

ACELP を?用したアルゴリズムの代表的なものとして、 ITU-T G.729 （8kbps）で使用されている CS-ACELP （ conjugate structure - ACELP 、共役構造ACELP）がある。

一般に、共役構造とはコ?ドブックを以下のように2つのコ?ドブックの線形結合で表すものでベクトル量子化のために使用され、最初は CELP の?用である CS-CELP で使用された。ここで c _i , c _j はそれぞれコ?ドブックを、α は係?を表す。

c_{i,j}=\alpha _{1}c_{i}+\alpha _{2}c_{j}\

この方法は2ステ?ジのベクトル量子化によく似た方法で、?純なベクトル量子化と比べビット誤りに?くなり、コ?ドブックのために必要なメモリが減り、計算の複?さを減らす?果がある ^[5]。

CS-ACELP は ACELP に共役構造のコ?ドブックを組み合わせたものである。 ITU-T G.729 では2つのコ?ドブックの?純な和の形で表されている。

c_{i,j}=c_{i}+c_{j}\

脚注 [ 編集 ]

^ J.-P. Adoul, P. Mabilleau, M. Delprat, S. Morisette: Fast CELP coding based on algebraic codes , Proc. IEEE Int. Conf. Acoust. Speech Signal Process. pp.1957-1960, 1987.
^ ^a ^b C. Laflamme, J.-P. Adoul, H.Y. Su, S. Morisette: On reducing computational complexity of codebook search in CELP coder through the use of algebraic codes , Proc. IEEE Int. Conf. Acoust. Speech Signal Process, pp.177-180, 1990.
^ ^a ^b Jacob Benesty, M. M. Sondhi, Yiteng Huang (ed). Springer Handbook of Speech Processing . pp.371-377, Springer, 2007. ISBN 978-3540491255 .
^ ITU -T. “ G.722.2 : Wideband coding of speech at around 16 kbit/s using Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB) ”. ITU -T. 2010年7月5日 ??。
^ Jacob Benesty, M. M. Sondhi, Yiteng Huang (ed). Springer Handbook of Speech Processing . pp.377, Springer, 2007. ISBN 978-3540491255 .

?考文? [ 編集 ]

Jacob Benesty, M. M. Sondhi, Yiteng Huang (ed). Springer Handbook of Speech Processing . Springer, 2007. ISBN 978-3540491255 .
Mark Hasegawa-johnson, Abeer Alwan. Speech Coding: Fundamentals and Applications . 2003.

?連項目 [ 編集 ]

外部リンク [ 編集 ]

ITU-T G Series ITU-T G Seriesの各種ドキュメントとリファレンスソ?スコ?ド

[Adoul1987-1] J.-P. Adoul, P. Mabilleau, M. Delprat, S. Morisette: Fast CELP coding based on algebraic codes , Proc. IEEE Int. Conf. Acoust. Speech Signal Process. pp.1957-1960, 1987.

[Laflamme1990-2] C. Laflamme, J.-P. Adoul, H.Y. Su, S. Morisette: On reducing computational complexity of codebook search in CELP coder through the use of algebraic codes , Proc. IEEE Int. Conf. Acoust. Speech Signal Process, pp.177-180, 1990.

[Springer2007-3] Jacob Benesty, M. M. Sondhi, Yiteng Huang (ed). Springer Handbook of Speech Processing . pp.371-377, Springer, 2007. ISBN 978-3540491255 .

[G722_2-4] ITU -T. “ G.722.2 : Wideband coding of speech at around 16 kbit/s using Adaptive Multi-Rate Wideband (AMR-WB) ”. ITU -T. 2010年7月5日 ??。

[5] Jacob Benesty, M. M. Sondhi, Yiteng Huang (ed). Springer Handbook of Speech Processing . pp.377, Springer, 2007. ISBN 978-3540491255 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]