混合励起線形予測(MELP)は、主に軍事用途、衛星通信、セキュア音声、セキュア無線機器で使用される米国国防総省の音声符号化規格です。その標準化とその後の開発は、NSAとNATOによって主導および支援されました。現在の「強化版」はMELPeとして知られています。
最初の MELP は、ジョージア工科大学の信号および画像処理センター (CSIP) の大学院生であった Alan McCree によって 1995 年頃に発明されました [ 1 ]。MELP 関連の特許は現在では期限切れとなっています。この最初の音声コーダーは 1997 年に標準化され、MIL-STD-3005 として知られるようになりました [ 2 ]。これは、米国国防総省の競争において、(a)周波数選択的高調波コーダー(FSHC)、(b)高度マルチバンド励起(AMBE)、(c)拡張マルチバンド励起(EMBE)、(d)正弦波変換コーダー(STC)、(e)サブバンド LPC コーダー(SBC)など、他の候補ボコーダーを凌駕しました[ 3 ] 。波形補間 (WI) コーダーよりも複雑性が低いため、MELP ボコーダーは国防総省の競争で勝利し、MIL-STD -3005に採用されました[ 4 ] 。
1998年から2001年の間に、新しいMELPベースのボコーダーが半分のレート(つまり1200ビット/秒)で作成され、SignalCom(後にMicrosoftに買収)、Compandent、およびAT&T CorporationによってMIL-STD-3005に大幅な機能強化が追加されました。これには、(a) 半分のレート(つまり1200ビット/秒)の新しいボコーダーの追加、(b) 大幅に改善されたエンコーディング(分析)、(c) 大幅に改善されたデコーディング(合成)、(d) 背景ノイズを除去するためのノイズ前処理、(e) 2400ビット/秒と1200ビット/秒のビットストリーム間のトランスコーディング、および(f) 新しいポストフィルタが含まれていました。このかなり重要な開発は、半分のレートの新しいコーダーを作成し、古いMELP規格と相互運用できるようにすることを目的としていました。この拡張MELP(MELPeとも呼ばれる)は、2001年に元のMIL-STD-3005への付属書および補足として新しいMIL-STD-3005として採用され、従来の2400ビット/秒MELPと同等の品質を半分の速度で実現しました。新しい2400ビット/秒MELPeの最大の利点の1つは、MELPと同じビット形式を共有しているため、従来のMELPシステムと相互運用できるだけでなく、両端でより優れた品質を提供できることです。MELPeは、特に戦場や車両、航空機などのノイズの多い環境において、すべての旧軍事規格よりもはるかに優れた品質を提供します。
2002年、広範な競争とテストを経て、2400および1200ビット/秒の米国国防総省MELPeがNATO標準として採用され、STANAG -4591として知られるようになった。[ 5 ] NATOのテスト性能測定には、音声明瞭度、音声品質、話者認識、言語依存性、話者依存性、10の音響ノイズ環境、1%未満のBERの伝送チャネル、16kbit /s CVSDボコーダーを使用したタンデム、ささやき声、およびリアルタイム実装が含まれていた。テストデータには、さまざまな条件と言語での36,000以上のファイル、つまり500時間の音声が含まれていた。 NATOの新標準規格の試験の一環として、MELPeはフランスのHSX(Harmonic Stochastic eXcitation)やトルコのSB-LPC(Split-Band Linear Predictive Coding)などの他の候補規格、およびFS1015 LPC-10e(2.4 kbit/s)、FS1016 CELP( 4.8 kbit/s ) 、 CVSD(16 kbit/s)などの旧来のセキュア音声規格と比較試験されました。その結果、MELPeはNATOの競争にも勝利し、他のすべての候補規格の品質、およびすべての旧来のセキュア音声規格(CVSD、CELP、LPC-10e )の品質を上回りました。NATOの競争では、MELPeがスループット要件を削減しながら、パフォーマンス(音声品質、明瞭度、ノイズ耐性の面で)を大幅に向上させたことが結論付けられました。NATOのテストには相互運用性テストも含まれており、200時間以上の音声データが使用され、世界中の3つのテストラボで実施されました。Compandent Inc.は、 NSAとNATO向けに実施されたMELPeベースのプロジェクトの一環として、MELPeのリアルタイム実装のゴールデンリファレンスとなるMELCODERデバイスとして知られる特別なテストベッドプラットフォームをNSAとNATOに提供しました。MELCODERゴールデンリファレンスに基づいたCompandent製の低コストFLEXI-232データ端末装置(DTE)は非常に人気があり、さまざまなチャネルとネットワーク、およびフィールド条件下でのMELPeのリアルタイム評価とテストに広く使用されています。
2005年に、タレスグループ(フランス)による新しい600ビット/秒レートのMELPeバリエーションが(2400/1200ビット/秒のMELPeで行われたような広範な競争とテストなしに)NATO標準STANAG-4591に追加された。[ 6 ]
2010年には、MITリンカーン研究所、Compandent、BBN、General DynamicsもDARPA向けに300ビット/秒のMELPデバイスを開発した。[ 7 ]その品質は600ビット/秒のMELPeよりも優れていたが、アルゴリズムの遅延は長かった。
MELPeは、セキュア無線機器、衛星通信、VoIP、携帯電話アプリケーションなど、多くのアプリケーションで実装されています。これらのアプリケーションでは、チャネルエラー、パケット損失、同期損失に対処するための高度な専門知識が必要です。そのためには、MELPeのビットごとのエラーに対する感度を理解する必要があります。2400ビット/秒および1200ビット/秒のMELPeには同期ビットが含まれており、シリアル通信で役立ちます。
MELPeは音声の圧縮を目的としています。8kHzでサンプリングされた音声入力に対して 、MELPeコーデックは、プロトコルオーバーヘッドの影響を除外した場合、64kbit/sのμ-Law G.711データストリーム上で以下の圧縮率を実現します 。
一般的に、音声符号化では、ビットレート、音声品質、遅延(フレームサイズと先読み)、計算複雑度、異なる話者や言語に対する堅牢性、異なる背景雑音に対する堅牢性、チャネルエラーに対する堅牢性、パケット損失時のコーデック状態回復など、さまざまな側面のトレードオフが伴います。MELPeの低レート(600および1200ビット/秒)は2400ビット/秒のレートのスーパーセットであるため、アルゴリズムの複雑度(MIPSなど)はすべてのレートでほぼ同じです。低レートでは、フレームと先読み、およびコードブックサイズが増加するため、より多くのメモリが必要になります。
MELPe(および/またはその派生物)は、以下の企業からの知的財産権ライセンスの対象となります。Texas Instruments(2400ビット/秒MELPアルゴリズム/ソースコード)、Microsoft(1200ビット/秒トランスコーダー)、Thales Group(600ビット/秒レート)、Compandent、およびAT&T(ノイズプリプロセッサNPP)。