專利名稱：可擴(kuò)展編碼裝置、可擴(kuò)展解碼裝置、可擴(kuò)展編碼方法以及可擴(kuò)展解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在移動通信系統(tǒng)或使用因特網(wǎng)協(xié)議的分組通信系統(tǒng)等中，進(jìn)行語音通信時所使用的可擴(kuò)展編碼裝置、可擴(kuò)展解碼裝置、可擴(kuò)展編碼方法以及可擴(kuò)展解碼方法。
背景技術(shù)：
在如VoIP(Voice over IP)等使用分組的語音通信中，在語音數(shù)據(jù)的編碼上被期望抗幀丟失性的編碼方式。這是因為在以因特網(wǎng)通信為代表的分組通信中，有時因擁塞等而使得分組在傳輸路徑上丟失。
作為提高抗幀丟失性的方法之一，有以下方法即使傳輸信息的一部分丟失，通過以其他的一部分進(jìn)行解碼處理來盡量減少幀丟失的影響(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1中，公開了使用可擴(kuò)展編碼而將核心層編碼信息和增強(qiáng)層的編碼信息裝入不同的分組進(jìn)行傳輸?shù)姆椒?。另外，作為分組通信的應(yīng)用，可舉出使用了寬的線路(寬頻線路)和窄的線路(傳輸率低的線路)混合的網(wǎng)絡(luò)的組播通信(一對多的通信)。即使在這樣不均勻的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行多地點間的通信的情況，只要編碼信息對應(yīng)于各個網(wǎng)絡(luò)被分層，就不必對每個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送不同的編碼信息，因此可擴(kuò)展編碼是有效的。
例如有專利文獻(xiàn)2公開的技術(shù)，即，以能夠?qū)φZ音信號進(jìn)行高效編碼的CELP方式為基礎(chǔ)，在信號帶寬，也就是頻率軸方向具有擴(kuò)展性(scalability)的頻帶可擴(kuò)展編碼技術(shù)。在專利文獻(xiàn)2中，表示出以LSP(線譜對)參數(shù)表示語音信號的頻譜包絡(luò)信息的CELP方式的例子。在此，通過使用下面的(式1)將在窄帶語音用的編碼部(核心層)獲得的量化LSP參數(shù)(窄帶編碼LSP)變換為寬帶語音編碼用的LSP參數(shù)，并在寬帶語音用的編碼部(增強(qiáng)層)使用經(jīng)變換的LSP參數(shù)，由此實現(xiàn)頻帶可擴(kuò)展性的LSP編碼方法。
fw(i)＝0.5×fn(i)[其中，i＝0，…，Pn-1]＝0.0[其中，i＝Pn，…，Pw-1](式1)并且，fw(i)表示寬帶信號中i次的LSP參數(shù)，fn(i)表示窄帶信號中i的LSP參數(shù)，Pn表示窄帶信號的LSP分析次數(shù)，Pw表示寬帶信號的LSP分析次數(shù)。
可是，在專利文獻(xiàn)2中，是以下面的情況為例進(jìn)行說明，即，作為窄帶信號，采樣頻率為8kHz，作為寬帶信號，采樣頻率為16kHz，寬帶LSP分析次數(shù)為窄帶LSP分析次數(shù)的兩倍，因此能夠以(式1)所表示的單純式子進(jìn)行從窄帶LSP到寬帶LSP的變換。然而，寬帶LSP的低次端的Pn次的LSP參數(shù)的存在位置是相對于包含高次端的(Pw-Pn)次的寬帶信號全體而決定，并不是一定對應(yīng)于窄帶LSP的Pn次的LSP參數(shù)。因此，以(式1)表示的變換無法獲得高變換效率(如果視為從窄帶LSP預(yù)測寬帶LSP，也可說是預(yù)測精度)，基于(式1)而設(shè)計的寬帶LSP編碼器對于編碼性能有很大的改善空間。
例如，在非專利文獻(xiàn)1中，公開了使與(式1)的i次的窄帶LSP參數(shù)相乘的變換系數(shù)為0.5，并且如下面的(式2)所示，使用變換系數(shù)的最佳化算法對每個次數(shù)求最佳的變換系數(shù)β(i)的方法。
fw_n(i)＝α(i)×L(i)+β(i)×fn_n(i)(式2)其中，fw_n(i)表示第n個幀的i次的寬帶量化LSP參數(shù)，α(i)×L(i)表示將預(yù)測誤差信號量化的向量的i次的元素(α(i)表示i次的加權(quán)系數(shù))，L(i)表示LSP預(yù)測殘差向量，β(i)表示對預(yù)測寬帶LSP的加權(quán)系數(shù)，fn_n(i)表示第n個幀的窄帶LSP參數(shù)。通過這樣的變換系數(shù)的最佳化，雖然是與專利文獻(xiàn)2相同結(jié)構(gòu)的LSP編碼器，卻實現(xiàn)了更高的編碼性能。
特開2003-241799號公報[專利文獻(xiàn)2]特開平11-30997號公報[非專利文獻(xiàn)1]K.Koishida et al，i°Enhancing MPEG-4 CELP by jointlyoptimized inter/intra-frame LSP predictors，i±IEEE Speech Coding Workshop2000，Proceeding，pp.90-92，2000發(fā)明內(nèi)容然而，寬帶LSP的低次端的Pn次的LSP參數(shù)的位置是相對于寬帶信號全體而決定，如果著眼于各個LSP參數(shù)(各個分析幀的LSP參數(shù))，最佳的變換系數(shù)β(i)的值會隨著時間(視幀而定)而變化。因此，專利文獻(xiàn)2公開的技術(shù)有以下的問題。
圖1是表示對寬帶信號進(jìn)行頻帶限制的信號，也就是先對寬帶信號進(jìn)行下采樣后進(jìn)行上采樣，再回復(fù)成原本的采樣頻率的信號，以Pw＝18進(jìn)行LSP分析所獲得的窄帶的LSP參數(shù)的例子的圖。
另外，圖2是表示對與圖1所示的窄帶LSP參數(shù)對應(yīng)的寬帶信號，以Pw-＝18進(jìn)行LSP分析所獲得的寬帶LSP參數(shù)的例子的圖。在這些圖中，橫軸代表時間(分析幀編號)，縱軸為歸一化頻率(以1.0作為奈奎斯特頻率，在圖中的例子為8kHz)。
如這些圖所示，可得知即使是除了信號的頻帶不同之外使所有條件相同而獲得的LSP參數(shù)，即，以相同的采樣頻率(16kHz)進(jìn)行相同分析次數(shù)的LSP分析所獲得的LSP參數(shù)，從在窄帶進(jìn)行頻帶限制的信號所獲得的低次端的(Pw/2)次的LSP參數(shù)與從寬帶信號獲得的低次端的(Pw/2)次的LSP參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系隨時間變化。這個變化是因不包含在窄帶信號，但包含在寬帶信號的頻率分量(主要是高頻分量)的不同所產(chǎn)生的。
圖3是表示使用圖1及圖2所示的LSP數(shù)據(jù)，將對每個次數(shù)求得的窄帶LSP變換為寬帶LSP的情況的理想的變換系數(shù)的圖。這里，變換系數(shù)是將寬帶LSP除以窄帶LSP所得的值，橫軸表示時間(分析幀編號)，以次數(shù)為0次、4次、8次的情況為例加以表示。
從此圖可明確得知，理想的變換系數(shù)的值隨時間變動。也就是說，將窄帶LSP變換為寬帶LSP時的變換系數(shù)，換個方式說的話就是從窄帶LSP預(yù)測寬帶LSP時的變換系數(shù)，其理想值隨時間變動，因此，即使使用由非專利文獻(xiàn)1所示的設(shè)計方法獲得的變換系數(shù)，如果變換系數(shù)為固定值，就無法正確地表示出隨時間變動的理想的變換系數(shù)。
然而，在此為了湊齊LSP分析的條件，以采樣頻率及分析次數(shù)相同而僅有信號的頻帶不同的情況為例加以表示，但即使是在使用經(jīng)下采樣的信號以比寬帶LSP還要低的次數(shù)進(jìn)行LSP分析的情況也是相同的。只要是這個領(lǐng)域的技術(shù)人員，應(yīng)可容易理解此事實。但是，由于LSP分析的條件變得不同，窄帶LSP和寬帶LSP的對應(yīng)關(guān)系變得比上述的例子還要差。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種提高從窄帶LSP到寬帶LSP的變換性能，也就是提高從窄帶LSP預(yù)測寬帶LSP時的預(yù)測精度，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能的頻帶可擴(kuò)展LSP編碼的可擴(kuò)展編碼裝置、可擴(kuò)展解碼裝置、可擴(kuò)展編碼方法以及可擴(kuò)展解碼方法。
本發(fā)明的可擴(kuò)展編碼裝置是，從輸入信號生成在頻率軸方向具有擴(kuò)展性的窄帶和寬帶的量化LSP參數(shù)的可擴(kuò)展編碼裝置，所采用的結(jié)構(gòu)包括窄帶編碼單元，對窄帶的輸入信號的LSP參數(shù)進(jìn)行編碼，生成窄帶的第一量化LSP參數(shù)；變換單元，將所述第一量化LSP參數(shù)的頻帶變換為寬帶；寬帶編碼單元，使用變換為寬帶后的所述第一量化LSP參數(shù)進(jìn)行寬帶的輸入信號的LSP參數(shù)的編碼，生成寬帶的第二量化LSP參數(shù)；以及計算單元，基于以前生成的所述第一和第二量化LSP參數(shù)之間的關(guān)系，計算由所述變換單元使用的變換系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提高從窄帶LSP到寬帶LSP的變換性能，實現(xiàn)高性能的頻帶可擴(kuò)展LSP編碼。


圖1是表示窄帶的LSP參數(shù)的例子的圖。
圖2是表示寬帶的LSP參數(shù)的例子的圖。
圖3是表示理想的變換系數(shù)的圖。
圖4是表示實施方式1的可擴(kuò)展編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖5是表示實施方式1的寬帶LSP編碼單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖6是表示實施方式1的變換系數(shù)計算單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖7是表示實施方式1的可擴(kuò)展解碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖8是表示實施方式1的寬帶LSP解碼單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖9是表示實施方式2的變換系數(shù)計算單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖10是表示實施方式2的寬帶LSP編碼單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖11是表示實施方式2的寬帶LSP解碼單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖12是表示實施方式3的可擴(kuò)展編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖13是表示實施方式3的變換系數(shù)計算單元內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖14是表示實施方式3的可擴(kuò)展解碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖15是表示實施方式4的可擴(kuò)展編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖16是表示實施方式4的可擴(kuò)展解碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖17是表示實施方式5的寬帶LSP編碼單元的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖18是表示實施方式5的變換系數(shù)計算單元的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖19是表示實施方式5的可擴(kuò)展編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖20是表示實施方式6的寬帶LSP編碼單元的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖21是表示實施方式6的變換系數(shù)計算單元的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖22是表示實施方式7的寬帶LSP編碼單元的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
(實施方式1)圖4是表示本發(fā)明實施方式1的可擴(kuò)展編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
本實施方式的可擴(kuò)展編碼裝置包括下采樣單元101、LSP分析單元(窄帶用)102、窄帶LSP編碼單元103、聲源編碼單元(窄帶用)104、相位校正單元105、LSP分析單元(寬帶用)106、寬帶LSP編碼單元107、聲源編碼單元(寬帶用)108、變換系數(shù)計算單元109、上采樣單元110、加法器111以及復(fù)用單元112。
本實施方式的可擴(kuò)展編碼裝置的各個部分進(jìn)行以下的動作。
下采樣單元101對輸入語音信號進(jìn)行下采樣處理，將窄帶信號輸出到LSP分析單元(窄帶用)102和聲源編碼單元(窄帶用)104。另外，輸入語音信號是已數(shù)字化的信號，視需要而被施以HPF或背景噪聲抑制處理等預(yù)處理。
LSP分析單元(窄帶用)102對從下采樣單元101輸入的窄帶信號計算LSP(線譜對)參數(shù)，并將結(jié)果輸出到窄帶LSP編碼單元103。
窄帶LSP編碼單元103對從LSP分析單元(窄帶用)102輸入的窄帶LSP參數(shù)進(jìn)行編碼，將量化的窄帶LSP參數(shù)輸出到寬帶LSP編碼單元107、變換系數(shù)計算單元109以及聲源編碼單元(窄帶用)104。另外，窄帶LSP編碼單元103將編碼數(shù)據(jù)輸出到復(fù)用單元112。
聲源編碼單元(窄帶用)104將從窄帶LSP編碼單元103輸入的、被量化的窄帶LSP參數(shù)變換為線性預(yù)測系數(shù)，使用所獲得的線性預(yù)測系數(shù)構(gòu)筑線性預(yù)測合成濾波器。聲源編碼單元104求使用此線性預(yù)測合成濾波器合成的合成信號和另外從下采樣單元101輸入的窄帶輸入信號之間的聽覺加權(quán)誤差，進(jìn)行使該聽覺加權(quán)誤差為最小的聲源參數(shù)的編碼。將獲得的代碼信息輸出到復(fù)用單元112。另外，聲源編碼單元104生成窄帶解碼語音信號并輸出到上采樣單元110。
再有，關(guān)于窄帶LSP編碼單元103或聲源編碼單元(窄帶用)104，可應(yīng)用在使用LSP參數(shù)的CELP型語音編碼裝置中普遍使用的電路，例如可利用記載于專利文獻(xiàn)2或ITU-TI建議G.729等技術(shù)。
在聲源編碼單元104合成的窄帶解碼語音信號輸入上采樣單元110，上采樣單元110對其進(jìn)行上采樣處理后輸出到加法器111。
在加法器111分別從相位校正單元105輸入相位校正后的輸入信號，從上采樣單元110輸入經(jīng)過上采樣的窄帶解碼語音信號，求兩信號的差分信號并輸出到聲源編碼單元(寬帶用)108。
相位校正單元105用于對下采樣單元101以及上采樣單元110產(chǎn)生的相位偏差(延遲)進(jìn)行校正，在下采樣處理和上采樣處理是以線性相位低通濾波器和采樣稀疏處理/插零處理(zero insertion)等進(jìn)行時，進(jìn)行使輸入信號延遲相當(dāng)于由線性相位低通濾波器產(chǎn)生的延遲的處理，并輸出到LSP分析單元(寬帶用)106和加法器111。
LSP分析單元(寬帶用)106輸入從相位校正單元105輸出的寬帶信號，并進(jìn)行公知的LSP分析所獲得寬帶LSP參數(shù)輸出到寬帶LSP編碼單元107。
變換系數(shù)計算單元109使用窄帶LSP編碼單元103以前輸出的窄帶的量化LSP和寬帶LSP編碼單元107以前輸出的寬帶的量化LSP來求出變換系數(shù)，并將結(jié)果輸出到寬帶LSP編碼單元107。
寬帶LSP編碼單元107對從窄帶LSP編碼單元103輸入的窄帶的量化LSP乘以從變換系數(shù)計算單元109輸入的變換系數(shù)，變換為寬帶LSP，對該寬帶LSP乘以加權(quán)系數(shù)而求預(yù)測寬帶LSP。然后，寬帶LSP編碼單元107使用向量量化等方法對從LSP分析單元(寬帶用)106輸入的寬帶LSP和求得的預(yù)測寬帶LSP的誤差信號進(jìn)行編碼，將獲得的寬帶的量化LSP輸出到聲源編碼單元(寬帶用)108。這里，量化LSP由下面的(式3)表示。
fw_n(i)＝α(i)×L(i)+β(i)×{fw_n-1(i)/fn_n-1(i)}×fn_n(i)(式3)其中，fw_n(i)表示第n個幀的i次的寬帶量化LSP參數(shù)，α(i)×L(i)表示將預(yù)測誤差信號量化的向量的i次的元素(α(i)表示i次的加權(quán)系數(shù))，L(i)表示LSP預(yù)測殘差向量，β(i)表示對預(yù)測寬帶LSP的加權(quán)系數(shù)，fw_n-1(i)表示第(n-1)個幀的寬帶量化LSP參數(shù)，fn_n-1(i)表示第(n-1)個幀的窄帶量化LSP參數(shù)，fn_n(i)表示第n個幀的窄帶LSP參數(shù)。
另外，寬帶LSP編碼單元107將獲得的編碼信息輸出到復(fù)用單元112。再有，與上述LSP預(yù)測殘差向量相乘的加權(quán)系數(shù)α(i)可以是1.0的固定值，也可以是由另外學(xué)習(xí)而獲得的常數(shù)，或是將由另外學(xué)習(xí)而獲得的多個系數(shù)存儲為碼本，從其中選擇一個也可以。
聲源編碼單元(寬帶用)108將從寬帶LSP編碼單元107輸入的、被量化的寬帶LSP參數(shù)變換為線性預(yù)測系數(shù)，使用所獲得的線性預(yù)測系數(shù)構(gòu)筑線性預(yù)測合成濾波器。然后，聲源編碼單元108求使用該線性預(yù)測合成濾波器合成的合成信號和經(jīng)相位校正的輸入信號之間的聽覺加權(quán)誤差，決定使這個聽覺加權(quán)誤差為最小的聲源參數(shù)。更詳細(xì)地說，寬帶輸入信號和上采樣后的窄帶解碼信號的誤差信號另外從加法器111輸入聲源編碼單元108，求該誤差信號和聲源編碼單元108生成的解碼信號之間的誤差，并決定聲源參數(shù)，以使對該誤差施以聽覺加權(quán)后的誤差最小。將獲得的聲源參數(shù)的代碼信息輸出到復(fù)用單元112。關(guān)于這個聲源編碼，例如公開在「K.Koishida et al，“A 16-kbit/sbandwidth scalable audio coder based on the G.729 standard，”IEEE Proc.ICASSP 2000，pp.1149-1152，2000」。
在復(fù)用單元112，從窄帶LSP編碼單元103輸入窄帶LSP的編碼信息，從聲源編碼單元(窄帶用)104輸入窄帶信號的聲源編碼信息，從寬帶LSP編碼單元107輸入寬帶LSP的編碼信息，并且從聲源編碼單元(寬帶用)108輸入寬帶信號的聲源編碼信息。復(fù)用單元112對這些信息進(jìn)行復(fù)用，并作為比特流送到傳輸路徑。另外，比特流根據(jù)傳輸路徑的規(guī)格，被幀化為傳輸信道幀或被分組化。另外，為了提高對傳輸路徑差錯的抗性，附加差錯保護(hù)或差錯檢測碼，或采用交織處理等。
圖5是表示上述寬帶LSP編碼單元107內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
該寬帶LSP編碼單元107包括誤差最小化單元121、LSP碼本122、加權(quán)系數(shù)碼本123、放大器124～126以及加法器127、128。
加法器127對從LSP分析單元106輸入的、作為量化目標(biāo)的LSP參數(shù)和從加法器128輸入的量化LSP參數(shù)候選的誤差進(jìn)行計算，將求得的誤差輸出到誤差最小化單元121。然而，這個誤差計算可以是輸入的LSP向量間的均方誤差。另外，根據(jù)輸入的LSP向量的特征進(jìn)行加權(quán)的話，能夠進(jìn)一步地提高聽覺上的質(zhì)量。例如，在ITU-T建議G.729中，使用3.2.4章(Quantization ofthe LSP coefficients)的(21)式的加權(quán)均方誤差(加權(quán)歐幾里得距離)進(jìn)行誤差最小化。
誤差最小化單元121分別從LSP碼本122和加權(quán)系數(shù)碼本123中，選擇使從加法器127輸出的誤差為最小的LSP向量和加權(quán)系數(shù)向量，將對應(yīng)的索引編碼，并輸出到復(fù)用單元112(S11)。
LSP碼本122將所存儲的LSP向量輸出到放大器124。這里，LSP碼本122存儲的LSP向量是基于從放大器125輸出的窄帶量化LSP而預(yù)測的寬帶LSP的(對從LSP分析單元106輸入的寬帶LSP的)預(yù)測殘差向量。
加權(quán)系數(shù)碼本123從所存儲的加權(quán)系數(shù)集之中選擇1個集，從所選擇的加權(quán)系數(shù)集之中將放大器124用的系數(shù)和放大器125用的系數(shù)輸出到放大器124和125。并且，該加權(quán)系數(shù)集包括分別對放大器124和放大器125按LSP的每個次數(shù)準(zhǔn)備的加權(quán)系數(shù)。
放大器124對從LSP碼本122輸入的LSP向量乘以從加權(quán)系數(shù)碼本123輸出的放大器124用的加權(quán)系數(shù)，將結(jié)果輸出到加法器128。
放大器125對從放大器126輸入的寬帶LSP的向量，也就是對量化后的窄帶LSP進(jìn)行變換后獲得的寬帶LSP的向量乘以從加權(quán)系數(shù)碼本123輸出的放大器125用的加權(quán)系數(shù)，將結(jié)果輸出到加法器128。
加法器128計算從放大器124和放大器125輸出的LSP向量之和，將結(jié)果輸出到加法器127。另外，在誤差最小化單元121判斷誤差為最小的LSP向量之和作為寬帶的量化LSP參數(shù)被輸出到聲源編碼單元108和變換系數(shù)計算單元109。另外，在作為寬帶的量化LSP參數(shù)輸出的LSP參數(shù)未滿足穩(wěn)定條件(第n次的LSP大于第0次～第(n-1)次的任何一個的LSP時，也就是LSP的值按照次數(shù)的順序變大)時，加法器128進(jìn)行操作，以滿足LSP的穩(wěn)定條件。再有，在相鄰的量化LSP的間隔比預(yù)定間隔小時，一般也進(jìn)行操作，以使其成為規(guī)定的間隔以上。
放大器126對從窄帶LSP編碼單元103輸入的LSP參數(shù)乘以從變換系數(shù)計算單元109輸入的系數(shù)，將結(jié)果輸出到放大器125。然而，從窄帶LSP編碼單元103輸入到放大器126的LSP參數(shù)，也可以直接就是窄帶LSP編碼單元103的量化結(jié)果，但進(jìn)行上采樣以和寬帶信號的采樣頻率匹配，同時和寬帶LSP的次數(shù)匹配的話更好。作為該上采樣的方法，可以舉出對從窄帶LSP獲得的LPC合成濾波器的脈沖響應(yīng)進(jìn)行上采樣，從經(jīng)上采樣的脈沖響應(yīng)求自相關(guān)(例如，參照專利文獻(xiàn)2)，將求得的自相關(guān)系數(shù)以公知的方法變換為期望的次數(shù)的LSP的方法等，但不限于此。
圖6是表示圖4所示的變換系數(shù)計算單元109內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
該變換系數(shù)計算單元109包括延遲器131和132、除法器133、限制器134以及平滑化單元135。
延遲器131將從窄帶LSP編碼單元103輸入的窄帶LSP參數(shù)延遲1處理單位時間(LSP參數(shù)的更新周期)，將結(jié)果輸出到除法器133。另外，如上述，從窄帶LSP編碼單元103輸入的窄帶LSP也可以直接是參數(shù)窄帶LSP，但進(jìn)行上采樣使次數(shù)匹配的話更好。
延遲器132將從寬帶LSP編碼單元107輸入的寬帶LSP參數(shù)延遲1處理單位時間(LSP參數(shù)的更新周期)，將結(jié)果輸出到除法器133。
除法器133將從延遲器132輸入的、在1處理單位時間前量化的寬帶LSP參數(shù)除以從延遲器131輸入的在1處理單位時間前量化的窄帶LSP參數(shù)，將除法結(jié)果輸出到限制器134。從延遲器131輸出的窄帶LSP參數(shù)的次數(shù)和從延遲器132輸出的寬帶LSP參數(shù)的次數(shù)不同的時候，除法器133僅進(jìn)行相當(dāng)于較少一方的次數(shù)(一般是窄帶LSP參數(shù)的次數(shù))的除法運算，并進(jìn)行輸出。
限制器134以預(yù)先設(shè)定的上限值和下限值對從除法器133輸入的除法結(jié)果進(jìn)行消波(超過上限值的話重新設(shè)定該上限值，低于下限制的話重新設(shè)定該下限值的處理)，并輸出到平滑化單元135。然而，上限值和下限值可以所有次數(shù)都相同，但對每個次數(shù)設(shè)定最佳的值會更好。
平滑化單元135對從限制器134輸入的消波后的除法結(jié)果隨時間進(jìn)行平滑化，作為變換系數(shù)數(shù)輸出到寬帶LSP編碼單元107。該平滑化處理例如可通過使用下面的(式4)來實現(xiàn)。
Xn(i)＝K×Xn-1(i)+(1-K)×γ(i)(式4)這里，Xn(i)表示適用于第n個處理單位時間的i次的窄帶LSP參數(shù)的變換系數(shù)，K表示平滑化系數(shù)，取0≤K＜1的值，γ(i)表示對從限制器134輸出i次的LSP參數(shù)的除法結(jié)果。
以上，詳細(xì)說明了本實施方式的可擴(kuò)展編碼裝置。
圖7是表示對以上述可擴(kuò)展編碼裝置編碼的編碼信息進(jìn)行解碼的可擴(kuò)展解碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
該可擴(kuò)展解碼裝置包括復(fù)用分離單元151、聲源解碼單元(窄帶用)152、窄帶LSP解碼單元153、聲源解碼單元(寬帶用)154、變換系數(shù)計算單元155、寬帶LSP解碼單元156、語音合成單元(窄帶用)157、語音合成單元(寬帶用)158、上采樣單元159以及加法器160。
復(fù)用分離單元151接受由上述的可擴(kuò)展編碼裝置編碼的編碼信息，分離為各個參數(shù)的編碼信息，分別將窄帶聲源編碼信息輸出到聲源解碼單元(窄帶用)152，將窄帶LSP編碼信息輸出到窄帶LSP解碼單元153，將寬帶聲源編碼信息輸出到聲源解碼單元(寬帶用)154，將寬帶LSP編碼信息輸出到寬帶LSP解碼單元156。
聲源解碼單元(窄帶用)152使用與在上述的可擴(kuò)展編碼裝置的聲源編碼單元(窄帶用)104進(jìn)行的處理相反的處理，來對從復(fù)用分離單元151輸入的窄帶聲源信號的編碼信息進(jìn)行解碼，并將量化的窄帶聲源信號輸出到語音合成單元(窄帶用)157。
窄帶LSP解碼單元153使用與在上述的可擴(kuò)展編碼裝置的窄帶LSP編碼單元103進(jìn)行的處理相反的處理，來對從復(fù)用分離單元151輸入的窄帶LSP的編碼信息進(jìn)行解碼，并將所獲得的窄帶的量化LSP輸出到語音合成單元(窄帶用)157、變換系數(shù)計算單元155以及寬帶LSP解碼單元156。
語音合成單元(窄帶用)157將從窄帶LSP解碼單元153輸入的、被量化的窄帶LSP參數(shù)變換為線性預(yù)測系數(shù)，使用所獲得的線性預(yù)測系數(shù)構(gòu)筑線性預(yù)測合成濾波器。語音合成單元(窄帶用)157以從聲源解碼單元(窄帶用)152輸入的窄帶的量化聲源信號來驅(qū)動該線性預(yù)測合成濾波器，合成解碼語音信號后作為窄帶解碼語音信號輸出。為獲得寬帶解碼語音信號，該窄帶解碼語音信號被輸出到上采樣單元159。另外，該窄帶解碼語音信號可以直接作為最終輸出來使用。使窄帶解碼語音信號直接作為最終輸出的時候，一般先由后置濾波器等進(jìn)行改善主觀質(zhì)量的后處理，再進(jìn)行輸出。
上采樣單元159對從語音合成單元(窄帶用)157輸入的窄帶語音信號進(jìn)行上采樣處理后輸出到加法器160。
聲源解碼單元(寬帶用)154使用與在上述的可擴(kuò)展編碼裝置的聲源編碼單元(寬帶用)108進(jìn)行的處理相反的處理，來對從復(fù)用分離單元151輸入的寬帶聲源信號的編碼信息進(jìn)行解碼，并將獲得的寬帶量化聲源信號輸出到語音合成單元(寬帶用)158。
變換系數(shù)計算單元155使用從窄帶LSP解碼單元153以前輸入的窄帶的量化LSP和從寬帶LSP解碼單元156以前輸入的寬帶的量化LSP來求出變換系數(shù)，并將結(jié)果輸出到寬帶LSP解碼單元156。
寬帶LSP解碼單元156對從窄帶LSP解碼單元153輸入的窄帶的量化LSP乘以從變換系數(shù)計算單元155輸入的變換系數(shù)，變換為寬帶LSP，對該寬帶LSP乘以加權(quán)系數(shù)而求預(yù)測寬帶LSP。另外，該加權(quán)系數(shù)使用與上述的可擴(kuò)展編碼裝置的寬帶LSP編碼單元107使用的加權(quán)系數(shù)相同的值。再有，寬帶LSP解碼單元156從復(fù)用分離單元151輸入的寬帶LSP編碼信息對量化的寬帶LSP預(yù)測殘差(編碼端的輸入寬帶LSP和所述預(yù)測寬帶LSP的誤差)進(jìn)行解碼。然后，寬帶LSP解碼單元156將該量化的寬帶LSP預(yù)測殘差和上述已求出的預(yù)測寬帶LSP相加，對寬帶的量化LSP進(jìn)行解碼。所獲得的寬帶的量化LSP參數(shù)被輸出到語音合成單元(寬帶用)158和變換系數(shù)計算單元155。
語音合成單元(寬帶用)158將從寬帶LSP解碼單元156輸入的、被量化的寬帶LSP參數(shù)變換為線性預(yù)測系數(shù)，使用所獲得的線性預(yù)測系數(shù)構(gòu)筑線性預(yù)測合成濾波器。語音合成單元(寬帶用)158以從聲源解碼單元(寬帶用)154輸入的寬帶的量化聲源信號驅(qū)動該線性預(yù)測合成濾波器，對寬帶解碼語音信號(主要是高頻分量)進(jìn)行合成，輸出到加法器160。
加法器160將從上采樣單元159輸入的上采樣后的窄帶解碼語音信號和從語音合成單元(寬帶用)158輸入的寬帶解碼語音信號(主要是高頻分量)相加，輸出最終的寬帶解碼語音信號。
圖8是表示上述寬帶LSP解碼單元156內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
該寬帶LSP解碼單元156包括索引解碼單元161、LSP碼本162、加權(quán)系數(shù)碼本163、放大器164～166以及加法器167。
索引解碼單元161從復(fù)用分離單元151獲得寬帶LSP的編碼信息，對用于LSP碼本162和用于加權(quán)系數(shù)碼本163的索引信息進(jìn)行解碼，將各個索引輸出到各個碼本。
LSP碼本162從索引解碼單元161獲得LSP碼本索引，從碼本中取出該索引指定的LSP向量，并輸出到放大器164。另外，在碼本為分離型或多級結(jié)構(gòu)的情況，從多個子碼本取出所指定的向量而生成LSP向量。
加權(quán)系數(shù)碼本163從索引解碼單元161獲得加權(quán)系數(shù)碼本索引，從碼本取出該索引指定的加權(quán)系數(shù)集，在取出的系數(shù)集中，分別將放大器164用(LSP碼本用)的系數(shù)子集(由與LSP向量的各個次數(shù)相乘的系數(shù)構(gòu)成)輸出到放大器164，將放大器165用(窄帶LSP用)的系數(shù)子集(由與預(yù)測寬帶LSP向量的各個次數(shù)相乘的系數(shù)構(gòu)成)輸出到放大器165。
放大器164對從LSP碼本162輸入的LSP向量乘以從加權(quán)系數(shù)碼本163輸入的放大器164用的加權(quán)系數(shù)，將結(jié)果輸出到加法器167。
放大器165對從放大器166輸入的、從量化的窄帶LSP變換的寬帶LSP的向量乘以從加權(quán)系數(shù)碼本163輸入的放大器165用的加權(quán)系數(shù)，將結(jié)果輸出到加法器167。
加法器167計算從放大器164和放大器165輸入的LSP向量之和，將其作為量化(解碼)寬帶LSP參數(shù)輸出到語音合成單元(寬帶用)158和變換系數(shù)計算單元155。另外，作為寬帶的量化LSP參數(shù)而輸出的LSP參數(shù)未滿足穩(wěn)定條件時，也就是第n次的LSP小于第0次～第(n-1)次的任何一個LSP的時候(LSP的值沒有按照次數(shù)的順序變大的時候)，進(jìn)行操作，以滿足LSP的穩(wěn)定條件。再有，相鄰的量化LSP的間隔比預(yù)定間隔小的時候，也進(jìn)行操作，以使其成為預(yù)定間隔以上。
另外，圖7所示的變換系數(shù)計算單元155的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上與圖6所示的變換系數(shù)計算單元109相同。因此省略詳細(xì)說明，但下述為與圖6所示的變換系數(shù)計算單元109的不同點在該變換系數(shù)計算單元155中，對延遲器131的輸入是來自窄帶LSP解碼單元153，對延遲器132的輸入是來自寬帶LSP解碼單元156，平滑化單元135的輸出被送到寬帶LSP解碼單元156。
以上，詳細(xì)說明了本實施方式的可擴(kuò)展解碼裝置。
如上述，根據(jù)本實施方式，變換系數(shù)計算單元109使用在以前的幀(例如，前一個幀等)編碼的窄帶和寬帶的量化LSP參數(shù)，求以前的幀的理想的變換系數(shù)的近似值，基于該近似值決定從當(dāng)前幀的窄帶的量化LSP向?qū)拵SP的變換系數(shù)。具體地說，理想的變換系數(shù)的近似值，通過對以前的幀的寬帶的量化LSP除以相同幀的窄帶的量化LSP來求。換言之，在由窄帶LSP參數(shù)乘以變換系數(shù)Xn(i)來對寬帶LSP參數(shù)進(jìn)行估計的時候，使用以前的窄帶LSP參數(shù)和寬帶LSP參數(shù)的關(guān)系，自適應(yīng)地對每個幀決定變換系數(shù)。因此，變換系數(shù)隨時間而變化。通過采用這個結(jié)構(gòu)，能夠提高從窄帶LSP預(yù)測寬帶LSP時的預(yù)測精度。
另外，在上述結(jié)構(gòu)中，由于能夠僅從以前的幀的窄帶和寬帶的量化LSP參數(shù)計算上述變換系數(shù)，所以例如在解碼端不需要另外從編碼端獲得信息。換言之，能夠改善寬帶LSP參數(shù)的編碼性能，而未使通信的傳輸率增加。
并且，在上述結(jié)構(gòu)中，由于上述變換系數(shù)能夠以預(yù)定的計算從以前的幀的窄帶和寬帶的LSP參數(shù)直接求出，因此不需要事先在數(shù)據(jù)表等中保持多個變換系數(shù)的集。
另外，在上述結(jié)構(gòu)中，變換系數(shù)計算單元109內(nèi)的限制器134為了避免計算出的變換系數(shù)成為極端的數(shù)值，對變換系數(shù)進(jìn)行限制，使其容納于例如平均值的上下10％左右的范圍內(nèi)。例如，語音模式從有聲模式切換到無聲模式，或從無聲模式切換到有聲模式等的時候，由于LSP參數(shù)大幅變動，有時候計算出的變換系數(shù)也變動而不會成為妥當(dāng)?shù)臄?shù)值。變換系數(shù)在短時間內(nèi)大幅變動的時候，使用前面幀的寬帶/窄帶的LSP比的預(yù)測失去作用，反而使誤差增大。于是，在LSP碼本嘗試對變大的誤差進(jìn)行校正，如果在碼本存儲像這樣誤差大的向量的話，在預(yù)測誤差小的時候會使誤差增大。也就是說，變換系數(shù)和LSP碼本之間的關(guān)系會陷于一種振蕩狀態(tài)，為防止這種情形，必須為能在兩者之間取得平衡的結(jié)構(gòu)。
因此，在本實施方式中，首先根據(jù)上述的算式對所有的幀求變換系數(shù)，但對變換系數(shù)設(shè)置上限和下限，在計算出的變換系數(shù)不在這個范圍內(nèi)時進(jìn)行校正，使變換系數(shù)容納于該范圍內(nèi)。由此，能夠使實際用于變換的變換系數(shù)成為一定范圍內(nèi)的數(shù)值，可保證變換系數(shù)的穩(wěn)定性(或準(zhǔn)穩(wěn)定性)，可防止振蕩狀態(tài)。由此，雖然使用變換系數(shù)的預(yù)測能力被限制，而會產(chǎn)生預(yù)測誤差變大的情況，但如果在使變換系數(shù)為固定值的時候?qū)⒎秶薅ㄔ凇肮潭ㄖ怠钡母浇瑒t預(yù)測誤差不會極大地超出使變換系數(shù)為固定值的情況，能夠與使變換系數(shù)為固定值的情況同樣地，在LSP碼本端對應(yīng)。變換系數(shù)的近似值通過對前一個幀的寬帶量化LSP除以前一個幀的窄帶量化LSP而求，用于當(dāng)前幀的變換系數(shù)通過將近似值限定在平均變換系數(shù)的附近(例如為前后10％左右的范圍或是變換系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差程度的范圍)來獲得。
另外，在上述的結(jié)構(gòu)中，上述的變換系數(shù)在分析幀之間(在前后的幀之間)被施以平滑化處理，以使其隨時間平緩的變動。因此，變換系數(shù)相對于LSP參數(shù)的變動平緩地推移，能夠防止對傳輸路徑差錯太過敏感。另外，由于變換系數(shù)的值變得穩(wěn)定，使對應(yīng)的LSP代碼向量碼本的設(shè)計變得容易。量化LSP的預(yù)測值是由變換系數(shù)和LSP代碼向量的積表示，因此其中一方的參數(shù)變動激烈的話，另一方也變動激烈，使得相互之間的關(guān)系陷于發(fā)散狀態(tài)(上述的振蕩狀態(tài))，而無法設(shè)計性能佳的碼本。通過上述結(jié)構(gòu)，例如能夠?qū)D性能改善0.05dB。然而，該改善程度隨量化比特數(shù)和幀長度而變化。
另外，在本實施方式中雖然示出了不使用MA預(yù)測型LSP編碼器的例子，但在使用MA預(yù)測器的情況也可適用本發(fā)明。此時，MA預(yù)測系數(shù)被存儲在加權(quán)系數(shù)碼本163中，加權(quán)系數(shù)向量的維數(shù)與MA預(yù)測次數(shù)相應(yīng)地增加。
再有，在本實施方式中，雖然以變換系數(shù)計算單元109包括限制器134和平滑化單元135雙方的情況為例進(jìn)行了說明，但也可以是僅包括其中一方的結(jié)構(gòu)。
(實施方式2)在實施方式1中，在計算出的變換系數(shù)大幅變動時，通過進(jìn)行校正，使變換系數(shù)容納于一定范圍內(nèi)，由此來穩(wěn)定地進(jìn)行從窄帶LSP預(yù)測寬帶LSP時的預(yù)測。在本實施方式中，著眼于量化LSP參數(shù)，通過觀察該量化LSP參數(shù)的變化，判斷LSP參數(shù)是否有變動，并切換用于變換的變換系數(shù)。
具體地說，著眼于在編碼端的窄帶LSP編碼單元或解碼端的窄帶LSP解碼單元獲得的窄帶的量化LSP參數(shù)，將該窄帶的量化LSP參數(shù)沒有變動的時候判定為穩(wěn)定模式，將窄帶的量化LSP參數(shù)有變動的時候判定為非穩(wěn)定模式，根據(jù)這個模式的判定結(jié)果，切換使用LSP碼本和加權(quán)系數(shù)碼本。也就是說，在穩(wěn)定模式時，根據(jù)上述的算式(式2)對每個幀計算變換系數(shù)，由此進(jìn)行自適應(yīng)控制，另一方面，在非穩(wěn)定模式時，使用上述的(式3)，將變換系數(shù)設(shè)定為固定值或準(zhǔn)固定值。在此，準(zhǔn)固定值是指，預(yù)先設(shè)定多個變換系數(shù)，根據(jù)語音信號的編碼結(jié)果(音質(zhì))切換變換系數(shù)。換言之，持有多種固定值的變換系數(shù)集，在量化時選擇一個最佳的來使用。
以下，參照附圖具體說明本實施方式。
本發(fā)明的實施方式2的可擴(kuò)展編碼裝置的基本結(jié)構(gòu)與實施方式1的可擴(kuò)展編碼裝置相同。因此，省略本實施方式的可擴(kuò)展編碼裝置的詳細(xì)說明，在下面對結(jié)構(gòu)不同的變換系數(shù)計算單元109a和寬帶LSP編碼單元107a進(jìn)行詳細(xì)說明。并且，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
圖9是表示變換系數(shù)計算單元109a內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
該變換系數(shù)計算單元109a包括模式判定單元201、系數(shù)表202以及切換開關(guān)203，以取代限制器134。變換系數(shù)計算單元109a根據(jù)模式判定單元201的模式判定結(jié)果，來切換使用計算出的變換系數(shù)和預(yù)先存儲在系數(shù)表中的變換系數(shù)。
模式判定單元201對從窄帶LSP編碼單元103輸入的窄帶的量化LSP和作為延遲器131的輸出的、在1處理單位時間前量化的窄帶LSP之間的距離(變化量)進(jìn)行計算，基于計算出的距離判定是穩(wěn)定模式還是非穩(wěn)定模式。例如，在計算出的距離為預(yù)先設(shè)定的閾值以下時判定為穩(wěn)定模式，在超過閾值時判定為非穩(wěn)定模式。判定結(jié)果被輸出到寬帶LSP編碼單元107a和切換開關(guān)203。然而，計算出的距離可以直接用于閾值判定，也可以在幀間進(jìn)行平滑化之后再用于閾值判定。
在模式判定單元201的判定結(jié)果為穩(wěn)定模式時，切換開關(guān)203被切換成將從平滑化單元135輸出的變換系數(shù)輸出到寬帶LSP編碼單元107a，另一方面，在模式判定單元201的判定結(jié)果為非穩(wěn)定模式時，切換開關(guān)203被切換成將存儲在系數(shù)表的變換系數(shù)輸出到寬帶LSP編碼單元107a。
在LSP參數(shù)顯示穩(wěn)定的值時，當(dāng)前幀的寬帶/窄帶的LSP參數(shù)比和前面幀的寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)比接近，通過應(yīng)用使用(式2)的量化，可提高從窄帶LSP參數(shù)預(yù)測寬帶LSP參數(shù)時的預(yù)測精度，改善量化性能。
圖10是表示上述寬帶LSP編碼單元107a內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
LSP碼本和加權(quán)系數(shù)碼本分別由相當(dāng)于模式數(shù)(在此為兩個)的子碼本構(gòu)成(LSP碼本222-1、222-2，加權(quán)系數(shù)碼本223-1、223-2)，其結(jié)構(gòu)是，切換開關(guān)224、225基于從模式判定單元201輸入的模式信息，分別選擇子碼本中的一個。
本發(fā)明的實施方式2的可擴(kuò)展解碼裝置的基本結(jié)構(gòu)也和實施方式1的可擴(kuò)展解碼裝置相同。因此，省略詳細(xì)的說明，對不同結(jié)構(gòu)的變換系數(shù)計算單元155a和寬帶LSP解碼單元156a進(jìn)行以下的說明。并且，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
變換系數(shù)計算單元155a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上與圖9所示的變換系數(shù)計算單元109a相同。因此省略詳細(xì)說明，但下述為與圖9所示的變換系數(shù)計算單元109a的不同點對延遲器131的輸入是來自窄帶LSP解碼單元153，對延遲器132的輸入是來自寬帶LSP解碼單元156a，平滑化單元135的輸出被送到寬帶LSP解碼單元156a。并且，為了方便與編碼端的模式判定單元201區(qū)分，使模式判定單元的編號為251。
圖11是表示上述寬帶LSP解碼單元156a內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
LSP碼本和加權(quán)系數(shù)碼本分別由相當(dāng)于模式數(shù)(在此為兩個)的子碼本構(gòu)成(LSP碼本262-1、262-2，加權(quán)系數(shù)碼本263-1、263-2)，其結(jié)構(gòu)是，切換開關(guān)264、265基于從模式判定單元251輸入的模式信息，分別選擇子碼本中的一個。
這樣，根據(jù)本實施方式，對輸入的未量化的寬帶LSP或在當(dāng)前幀量化的窄帶LSP的穩(wěn)定性進(jìn)行判定，僅在判定為穩(wěn)定(幀間的變動小)時，選擇地使用所述計算出的變換系數(shù)，在判定為非穩(wěn)定(幀間的變動大)時，使用另外存儲在表中的變換系數(shù)。換言之，根據(jù)LSP參數(shù)的穩(wěn)定性對計算出的變換系數(shù)和預(yù)先設(shè)計并存儲在表中的變換系數(shù)進(jìn)行切換。
通過采用上述結(jié)構(gòu)，能夠提高從窄帶LSP預(yù)測寬帶LSP時的預(yù)測精度。另外，由于使用編碼后的量化LSP參數(shù)來對LSP參數(shù)的變動進(jìn)行判斷，即使編碼端不發(fā)送模式信息到解碼端，也能夠判斷LSP參數(shù)的變動。由于也不需要從編碼端發(fā)送模式信息，所以未浪費通信系統(tǒng)的資源。
(實施方式3)在實施方式2中，觀測窄帶的量化LSP參數(shù)的變化，對LSP參數(shù)的變動的有無進(jìn)行判斷(模式判定)。可是，有時在窄帶的量化LSP參數(shù)不處于變動狀態(tài)的時候，寬帶的量化LSP參數(shù)產(chǎn)生變動。
并且，由于在解碼端根據(jù)以前的模式判定結(jié)果進(jìn)行當(dāng)前幀的解碼，所以在實施方式2的方法中，如果以前的模式判定出錯，該差錯會傳播到之后的處理。
因此，在本實施方式中，在編碼端新設(shè)置使用寬帶LSP參數(shù)進(jìn)行模式判定的模式判定單元，將所獲得的模式判定結(jié)果發(fā)送到解碼端。在解碼端新設(shè)置對該模式判定結(jié)果進(jìn)行解碼的模式解碼單元。
以下，參照附圖具體說明本實施方式。
圖12是表示本發(fā)明實施方式3的可擴(kuò)展編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。并且，該可擴(kuò)展編碼裝置具有與實施方式1所示的可擴(kuò)展編碼裝置(參照圖4)相同的基本結(jié)構(gòu)，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
模式判定單元301基本上進(jìn)行與實施方式2所示的模式判定單元201(251)相同的動作。也就是說，對延遲1處理單位時間的LSP參數(shù)和當(dāng)前的LSP參數(shù)之間的距離進(jìn)行計算，當(dāng)該距離為預(yù)先設(shè)定的閾值以下時判定為穩(wěn)定模式，當(dāng)超過閾值時判定為非穩(wěn)定模式?？墒牵鳛檩斎胄畔⒍褂玫氖菑腖SP分析單元(寬帶用)106輸出的寬帶LSP參數(shù)，這一點與實施方式2不同。模式判定單元301的判定結(jié)果被輸出到變換系數(shù)計算單元109b和寬帶LSP編碼單元107a，模式信息的編碼信息被輸出到復(fù)用單元112。并且，寬帶LSP編碼單元107a是已在實施方式2說明的寬帶LSP編碼單元。
這樣，模式判定單元301使用寬帶LSP參數(shù)而不是已編碼的信息(量化LSP參數(shù))來對穩(wěn)定/非穩(wěn)定進(jìn)行判定，因此也可對應(yīng)僅在寬帶信號的高頻率域大幅變動的信號。
另外，模式判定單元301對所獲得的模式結(jié)果和其他的編碼參數(shù)一起進(jìn)行復(fù)用，并發(fā)送到解碼端。由此，由于模式信號傳輸?shù)浇獯a端，即使在解碼端在模式信息的判定發(fā)生一次錯誤，在后續(xù)幀下一個模式信息被發(fā)送過來，因此，前面幀的判定差錯的影響不會傳播，傳輸路徑的抗錯能力得到改善。
圖13是表示變換系數(shù)計算單元109b內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。并且，該變換系數(shù)計算單元109b具有和實施方式2的圖9所示的變換系數(shù)計算單元109a相同的基本結(jié)構(gòu)，僅針對不同點在下面進(jìn)行說明。
變換系數(shù)計算單元109b在其內(nèi)部不包括模式判定單元，僅將模式判定結(jié)果從外部輸入。然后，變換系數(shù)計算單元109b根據(jù)輸入的模式判定結(jié)果對切換開關(guān)進(jìn)行切換。具體地說，在穩(wěn)定模式的時候，切換開關(guān)203被切換，使從平滑化單元135輸出的變換系數(shù)被輸出到寬帶LSP編碼單元107a。在非穩(wěn)定模式的時候，切換開關(guān)203被切換，使由離線的學(xué)習(xí)等預(yù)先設(shè)計的變換系數(shù)從系數(shù)表202輸出到寬帶LSP編碼單元107a。
圖14是表示本發(fā)明實施方式3的可擴(kuò)展解碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。
該可擴(kuò)展解碼裝置也具有與實施方式1所示的可擴(kuò)展解碼裝置(參照圖7)相同的基本結(jié)構(gòu)，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。與實施方式1所示的可擴(kuò)展解碼裝置的不同點在于，新設(shè)置有模式解碼單元351，對本實施方式的可擴(kuò)展編碼裝置的模式判定單元301的輸出信息進(jìn)行解碼，將解碼信息輸出到變換系數(shù)計算單元155b和寬帶LSP解碼單元156a。另外，變換系數(shù)計算單元155b也具有和編碼端的變換系數(shù)計算單元109b(參照圖13)相同的基本結(jié)構(gòu)。
再有，本實施方式雖然說明了基于LSP參數(shù)的時間變化來進(jìn)行模式判定的情況，但也可以基于變換系數(shù)的變換增益來進(jìn)行模式判定。該變換系數(shù)的變換增益表示前面幀的“寬帶量化LSP/窄帶量化LSP”比和當(dāng)前幀的“輸入寬帶LSP/窄帶量化LSP”比有多接近。
(實施方式4)本實施方式的特征在于，編碼端不將模式信息發(fā)送到解碼端，而在編碼端的窄帶LSP編碼單元或解碼端的窄帶LSP編碼單元的內(nèi)部進(jìn)行模式判定。
圖15是表示本發(fā)明實施方式4的可擴(kuò)展編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。并且，該可擴(kuò)展編碼裝置具有與實施方式3所示的可擴(kuò)展編碼裝置(參照圖12)相同的基本結(jié)構(gòu)，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
在本實施方式的可擴(kuò)展編碼裝置中，窄帶LSP編碼單元103c進(jìn)行多模式編碼，使用該模式信息(S41)進(jìn)行變換系數(shù)計算單元109b的模式切換以及寬帶LSP編碼單元107a的模式切換。
窄帶LSP編碼單元以LSP的穩(wěn)定性進(jìn)行模式切換的技術(shù)例如記載于T.Eriksson，J.Linden，and J.Skoglund，“Exploiting interframe correlation inspectral quantization-A study of different memory VQ schemes，”Proc.IEEEICASSP-96，pp.765-768，1996等。在該文獻(xiàn)中，提出一種為對應(yīng)幀間相關(guān)強(qiáng)(穩(wěn)定性高)的幀和其他幀，而在用于幀間預(yù)測的模式和不用于幀間預(yù)測的模式之間切換的“safety-net VQ”的方法。如果像這樣在窄帶LSP編碼單元使用量化器，可將其模式信息使用為寬帶LSP編碼單元/變換系數(shù)計算單元的模式切換信息。
圖16是表示本發(fā)明實施方式4的可擴(kuò)展解碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。并且，該可擴(kuò)展解碼裝置也具有與實施方式3所示的可擴(kuò)展解碼裝置(參照圖14)相同的基本結(jié)構(gòu)，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
本實施方式的可擴(kuò)展解碼裝置在窄帶LSP解碼單元153c具有模式信息解碼功能。也就是說，窄帶LSP解碼單元153c進(jìn)行多模式的解碼，將該模式信息(S42)輸出到變換系數(shù)計算單元155b和寬帶LSP解碼單元156a。變換系數(shù)計算單元155b和寬帶LSP解碼單元156a使用從窄帶LSP解碼單元153c輸入的模式信息(S42)進(jìn)行模式切換。
這樣，根據(jù)本實施方式，由于使用窄帶LSP編碼信息的模式信息來切換寬帶LSP編碼的模式，所以沒有添加的比特，就能夠進(jìn)行寬帶LSP編碼單元、寬帶LSP解碼單元或變換系數(shù)單元的模式切換。另外，由于傳輸模式信息，即使在產(chǎn)生傳輸路徑差錯時，也可以防止錯誤的影響傳播到后續(xù)幀。
(實施方式5)在實施方式3中，模式判定比LSP的量化先執(zhí)行，基于該模式判定結(jié)果切換搜索的碼本。也就是說，模式判定在量化前以開環(huán)執(zhí)行，因此不一定選擇使量化誤差為最小的模式。例如，實施方式3的模式判定是基于量化前的LSP參數(shù)進(jìn)行，但不是說量化前的LSP參數(shù)變動，所以量化后的LSP參數(shù)也一定會變動；也不是說量化前的LSP參數(shù)穩(wěn)定，所以量化后的LSP參數(shù)也一定穩(wěn)定。并且，即使一部分的次數(shù)的LSP參數(shù)為穩(wěn)定，如果剩余的次數(shù)的LSP參數(shù)為非穩(wěn)定，從所有次數(shù)看變化時，有時會判定為穩(wěn)定。這樣，以開環(huán)方式進(jìn)行模式判定時，難以選擇確實地使量化誤差為最小的模式。
因此，在本實施方式中，以閉環(huán)進(jìn)行模式判定，而不是以開環(huán)判定模式。也就是說，對于穩(wěn)定模式/非穩(wěn)定模式，在有2以上的模式時，對全部模式實際進(jìn)行碼本搜索，根據(jù)該結(jié)果來選擇使量化誤差(量化失真)為最小的模式。再換言之，在寬帶LSP編碼單元中，使用求出變換系數(shù)對寬帶LSP進(jìn)行量化的模式和使用預(yù)先決定的固定的變換系數(shù)來對寬帶LSP進(jìn)行量化的模式的兩種模式，來實際進(jìn)行量化，將使用量化誤差變小的一方的模式進(jìn)行量化的結(jié)果，選擇為最終的量化結(jié)果。
以下，參照附圖具體說明本實施方式。
圖17是表示本發(fā)明實施方式5的寬帶LSP編碼單元107d的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。并且，該寬帶LSP編碼單元107d具有與實施方式2所示的寬帶LSP編碼單元107a(參照圖10)相同的基本結(jié)構(gòu)，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
誤差最小化單元121d進(jìn)行所有模式的碼本搜索，在所有的模式的碼本中，從LSP碼本222-1和222-2、加權(quán)系數(shù)碼本223-1和223-2中，分別選擇使量化誤差為最小的LSP向量和加權(quán)系數(shù)向量，對對應(yīng)的索引進(jìn)行編碼，并輸出到復(fù)用單元112(S11)。此時，所選擇的LSP向量以及被生成的加權(quán)系數(shù)向量的模式信息(表示從哪個模式的碼本選擇的信息)S51也被輸出到復(fù)用單元112。
圖18是表示本發(fā)明實施方式5的變換系數(shù)計算單元109d的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。并且，該變換系數(shù)計算單元109d具有與實施方式2所示的變換系數(shù)計算單元109a(參照圖9)相同的基本結(jié)構(gòu)，對于相同的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
變換系數(shù)計算單元109d根據(jù)從寬帶LSP編碼單元107d內(nèi)的誤差最小化單元121d輸出的控制信號C51，來切換所使用的預(yù)測系數(shù)。也就是說，變換系數(shù)計算單元109d根據(jù)控制信號C51來切換是以(式2)還是(式3)來表示量化LSP。
由此，變換系數(shù)計算單元109d實際進(jìn)行量化，根據(jù)該量化結(jié)果來決定是否進(jìn)行使用(式3)的量化。因此，僅對于能夠期待由(式3)的量化使性能確實變好的幀，選擇使用(式3)的模式，所以能獲得良好的預(yù)測性能。
另外，根據(jù)本實施方式，僅對前面幀的寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)比和當(dāng)前幀的寬帶/窄帶的LSP參數(shù)比接近的幀，進(jìn)行基于(式3)的量化。也就是說，對寬帶/窄帶LSP參數(shù)比被判斷為穩(wěn)定的幀進(jìn)行基于(式3)的量化，而不是寬帶/窄帶LSP參數(shù)被判斷為穩(wěn)定的幀。因此，能夠提高抗錯能力。這是因為，根據(jù)本實施方式，在基于(式3)的量化模式持續(xù)被選擇的區(qū)間中，大體上保障寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)比為穩(wěn)定。因此，例如前一個幀出錯時，能夠使用2幀前的幀或更前面幀的寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)比來進(jìn)行近似。另一方面，在根據(jù)LSP參數(shù)是否穩(wěn)定來進(jìn)行模式判定時，即使LSP參數(shù)為穩(wěn)定，寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)不一定穩(wěn)定。因此，在前一個幀出錯時，很有可能會使用可能不穩(wěn)定的2幀前的寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)比作為近似值，以代替該幀。這個時候，會得到與沒有差錯時的解碼結(jié)果大不相同的解碼結(jié)果。
另外，根據(jù)本實施方式，前一個幀錯誤的時候，基于(式2)的模式被選擇。因此，在這個階段預(yù)測編碼會被重置，所以能夠防止錯誤傳播到后續(xù)幀，抗錯能力更加提高。
圖19是表示具備上述寬帶LSP編碼單元107d和變換系數(shù)計算單元109d的、本發(fā)明實施方式5的可擴(kuò)展編碼裝置的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。從寬帶LSP編碼單元107d輸出的信號(S11，S51)與實施方式1～4所示的可擴(kuò)展編碼裝置不同。
本實施方式的可擴(kuò)展解碼裝置的結(jié)構(gòu)與實施方式3所示的可擴(kuò)展解碼裝置(參照圖14)相同，故省略其說明。
以上，說明了本實施方式的可擴(kuò)展編碼裝置以及可擴(kuò)展解碼裝置。
(實施方式6)實施方式1～5的發(fā)明，由于積極地使用前面幀的量化結(jié)果來進(jìn)行當(dāng)前幀的預(yù)測，所以能夠提高量化性能。因此，對于沒有傳輸路徑差錯，或是幾乎沒有傳播路徑錯誤的應(yīng)用特別有效?？墒牵趯嵤┓绞?～5中，如果發(fā)生傳輸路徑差錯，有可能會使錯誤在較長的時間對后續(xù)幀進(jìn)行傳播。具體地說，在實施方式1～5，由于使用以前的窄帶量化LSP和寬帶量化LSP的關(guān)系，來從當(dāng)前的窄帶量化LSP預(yù)測寬帶量化LSP，因此在發(fā)生傳輸路徑差錯的時候，有可能在編碼裝置和解碼裝置生成不同的量化結(jié)果。在這種情況，在解碼裝置中，由于無法正確地進(jìn)行后續(xù)幀的預(yù)測，所以錯誤傳播到后續(xù)幀。但是，在實施方式2～5中會產(chǎn)生這樣的錯誤傳播的，只限于使用利用以前的量化LSP的預(yù)測的模式連續(xù)被使用，且在該連續(xù)的幀中發(fā)生傳輸路徑差錯的情況。
作為這種情況的改善方法，已知有在依存于以前的量化結(jié)果的預(yù)測中引入“遺忘因子”的方法(例如，參照Allen Gersho，Robert M.Gray著，古井、田崎、小寺、渡邊合譯“ベクトル量子化と情報壓縮”，第16章，698頁～，小節(jié)“利得適応V Qにおける伝送誤り”，コロナ社，1998年11月10日發(fā)行)。根據(jù)這個引入遺忘因子的方法，使用依存于以前的量化結(jié)果的預(yù)測(自適應(yīng)預(yù)測模式分量)和不依存于以前的量化結(jié)果的預(yù)測(固定預(yù)測模式分量)的和，從當(dāng)前的窄帶量化LSP來預(yù)測當(dāng)前的寬帶量化LSP。因此，通過對自適應(yīng)預(yù)測模式分量和固定預(yù)測模式分量的比率進(jìn)行最佳化，能夠達(dá)到互為折衷選擇關(guān)系的、得自自適應(yīng)預(yù)測模式分量的量化性能改善效果和得自固定預(yù)測模式分量的抗錯能力惡化抑制效果之間的調(diào)和。
在本發(fā)明的實施方式6，通過適用在實施方式5引入所述遺忘因子的方法，在發(fā)生傳輸路徑差錯的情況也能夠減輕傳輸路徑差錯的影響。也就是說，在當(dāng)前幀的寬帶量化LSP的計算中，對使用了當(dāng)前幀的量化結(jié)果的自適應(yīng)預(yù)測模式分量和不使用以前的幀的量化結(jié)果的固定預(yù)測模式分量(固定值)進(jìn)行組合來加以使用。由此，能夠在自適應(yīng)預(yù)測模式的幀發(fā)生傳輸路徑差錯時，通過使用固定值來隨著時間的經(jīng)過遺忘自適應(yīng)預(yù)測分量，使編碼裝置和解碼裝置的內(nèi)部狀態(tài)隨著時間而變得接近，從而減輕傳輸路徑差錯的影響。再有，在本實施方式中，由于具有僅進(jìn)行固定預(yù)測的模式，在切換成固定預(yù)測模式的幀，編碼裝置和解碼裝置的內(nèi)部狀態(tài)被同時重置，防止傳輸路徑差錯的影響傳播到后續(xù)幀，可改善抗錯能力。
圖20是表示本實施方式的寬帶LSP編碼單元107e的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。并且，圖21是表示本實施方式的變換系數(shù)計算單元109e的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。另外，這個寬帶LSP編碼單元107e和變換系數(shù)計算單元109e是在實施方式5中，取代寬帶LSP編碼單元107d(參照圖17)和變換系數(shù)計算單元109d(參照圖18)而被使用的。因此，在本實施方式中，對于可擴(kuò)展編碼裝置和可擴(kuò)展解碼裝置，僅說明寬帶LSP編碼單元107e和變換系數(shù)計算單元109e。再有，在本實施方式中，對于寬帶LSP編碼單元107e和變換系數(shù)計算單元109e的構(gòu)成要素，對與寬帶LSP編碼單元107d和變換系數(shù)計算單元109d的構(gòu)成要素發(fā)揮相同功能的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
在寬帶LSP編碼單元107e中，放大器126-1對從窄帶LSP編碼單元103輸入的LSP參數(shù)乘以從變換系數(shù)計算單元109e的系數(shù)表202-2輸入的變換系數(shù)，將該乘法結(jié)果輸出到放大器125-1。另一方面，放大器126-2對于從窄帶LSP編碼單元103輸入的LSP參數(shù)，在穩(wěn)定模式(自適應(yīng)預(yù)測模式)時乘以從變換系數(shù)計算單元109e的平滑化單元135輸出的變換系數(shù)，并且在非穩(wěn)定模式(固定預(yù)測模式)時乘以存儲在系數(shù)表202-1的變換系數(shù)，將該乘法結(jié)果輸出到放大器125-2。因此，放大器126-1和126-2構(gòu)成本發(fā)明的乘法單元。
另外，在寬帶LSP編碼單元107e中，放大器125-1和125-2分別對從放大器126-1和126-2輸入的寬帶LSP的向量，也就是對窄帶量化LSP進(jìn)行變換后獲得的寬帶LSP的向量乘以從加權(quán)系數(shù)碼本223-1和223-2輸出的既定的加權(quán)系數(shù)，將該乘法結(jié)果輸出到加法器128。然后，加法器128計算從放大器124和放大器125-1、125-2輸出的LSP向量的和，將該加法結(jié)果輸出到加法器127。
如上述，在本實施方式，放大器126-1和放大器125-1、125-2總是對當(dāng)前幀的窄帶量化LSP乘以固定變換系數(shù)。也就是說，只要從窄帶LSP編碼單元103輸入的窄帶量化LSP未受到以前發(fā)生的傳輸路徑差錯的影響，通過放大器126-1和126-2輸入加法器128的信號就不受以前發(fā)生的傳輸路徑差錯的影響。并且，固定預(yù)測模式的預(yù)測中，放大器126-2也將固定變換系數(shù)和所述窄帶量化LSP相乘，因此在前后幀之間不進(jìn)行信息的交換，較早發(fā)生的傳輸路徑差錯的影響不傳播到后續(xù)幀。其結(jié)果，根據(jù)本實施方式，在傳輸路徑差錯發(fā)生的時候，能夠抑制該錯誤的影響傳播到后續(xù)幀，并改善抗錯能力。
另外，在本實施方式中雖然說明了在變換系數(shù)計算單元109e設(shè)置兩個系數(shù)表202-1和202-2，并與此對應(yīng)地在寬帶LSP編碼單元107e設(shè)置兩個放大器126-1和126-2的情況，但本發(fā)明不限于此，也可以設(shè)置更多的系數(shù)表202以及放大器126。
再有，在本實施方式中，雖然說明了變換系數(shù)計算單元109e的系數(shù)表202-1和202-2為個別設(shè)置的情況，但本發(fā)明不限于此情況，例如也可以在變換系數(shù)計算單元109e僅設(shè)置一個系數(shù)表202，相同的變換系數(shù)從該系數(shù)表202分別輸入到寬帶LSP編碼單元107e的兩個放大器126-1和126-2。
另外，在本實施方式中雖然說明了變換系數(shù)計算單元109e需要平滑化單元135的情況，但本發(fā)明不限于此情況，例如也可以是不設(shè)置平滑化單元135，將除法器133的輸出直接連接到切換開關(guān)203的結(jié)構(gòu)。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，切換開關(guān)203一旦切換到系數(shù)表202-1端，就能夠完全將傳輸路徑差錯的傳播重置。
另外，即使是變換系數(shù)計算單元109e具備平滑化單元135的情況，前一個幀為固定預(yù)測模式(即，切換開關(guān)203連接到系數(shù)表202-1端)的時候，使(式4)中的K為0，換言之，使Xn(i)＝γ(i)來求出適用于當(dāng)前幀的窄帶量化LSP的變換系數(shù)，則能夠同樣地完全將傳輸路徑差錯的傳播重置。
另外，可以使用圖21所示的變換系數(shù)計算單元109e，來取代實施方式3所示的可擴(kuò)展解碼裝置(參照圖14)的變換系數(shù)計算單元155b。
順便說明一句，由于語音信號的主要分量有集中在其低頻的傾向，對語音信號的低頻分量預(yù)測寬帶量化LSP的時候，以使自適應(yīng)預(yù)測模式分量的構(gòu)成比率降低的方式(例如成為50％以下)來設(shè)計加權(quán)系數(shù)，另一方面，對語音信號的高頻分量預(yù)測寬帶量化LSP的時候，以使自適應(yīng)預(yù)測模式分量的構(gòu)成比率提高的方式(例如成為50％以上)來設(shè)計加權(quán)系數(shù)，則可以實現(xiàn)主觀質(zhì)量的抗錯能力和量化性能的調(diào)和。
(實施方式7)在本發(fā)明的實施方式7，在實施方式6的方法中，根據(jù)窄帶量化LSP的誤差敏感度，對每個幀自適應(yīng)地決定寬帶量化LSP的預(yù)測中的固定預(yù)測模式分量和自適應(yīng)預(yù)測模式分量的比率。換言之，在實施方式6，從加權(quán)系數(shù)碼本223-1和223-2輸出的加權(quán)系數(shù)是既定值，但在本實施方式，以從當(dāng)前幀的窄帶量化LSP計算出的加權(quán)系數(shù)，對在穩(wěn)定模式時選擇的加權(quán)系數(shù)碼本223-1進(jìn)行逐次更新。
這里，在LSP的量化中，為了利用位于頻譜的峰的部分的LSP和位于谷的部分的LSP在主觀上允許的量化噪聲的電平不同的事實，已知有下面的方法，即，以在計算量化誤差的時候乘以“權(quán)重”的加權(quán)后的歐幾里得距離對量化誤差進(jìn)行評價。將這個“權(quán)重”作為與誤差敏感度對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來使用的話，能夠?qū)γ總€幀從窄帶量化LSP計算出“權(quán)重”，使寬帶量化LSP的預(yù)測中的固定預(yù)測模式分量和自適應(yīng)預(yù)測模式分量的比率基于計算出的“權(quán)重”自適應(yīng)地變化。其結(jié)果，能夠?qū)γ總€幀實現(xiàn)為折衷選擇關(guān)系的抗錯能力和量化性能的調(diào)節(jié)。
圖22是表示本實施方式的寬帶LSP編碼單元107f的主要結(jié)構(gòu)的方框圖。另外，該寬帶LSP編碼單元107f在實施方式6中，取代寬帶LSP編碼單元107e(參照圖20)而被使用。因此，在本實施方式中，對于可擴(kuò)展編碼裝置，僅說明寬帶LSP編碼單元107f。再有，在本實施方式中，對于寬帶LSP編碼單元107f的構(gòu)成要素，對與寬帶LSP編碼單元107e的構(gòu)成要素發(fā)揮相同功能的構(gòu)成要素賦予相同的編號，并省略其說明。
寬帶LSP編碼單元107f在實施方式6所示的寬帶LSP編碼單元107e中，進(jìn)一步包括加權(quán)系數(shù)計算器2201。加權(quán)系數(shù)計算器2201用于對每個幀進(jìn)行“基于誤差敏感度的加權(quán)”，根據(jù)從窄帶LSP編碼單元103輸入的窄帶量化LSP，例如計算「R.Salami et al，“Design and Description of CS-ACELPA TollQuality 8kb/s Speech Coder，”IEEE Trans.on Speech and Audio Process.，vol.6，no.2，pp.116-130，March 1998.」的(9)式和「K.K.Paliwal and B.S.Atal，“Efficient Vector Quantization of LPC Parameters at 24 Bits/Frame，”IEEETrans.on Speech and Audio Process.，vol.1，no.1，pp.3-14，January 1993.」的(9)式所記載的加權(quán)，使用計算出的加權(quán)來計算出加權(quán)系數(shù)碼本223-1用的加權(quán)系數(shù)。然后，加權(quán)系數(shù)計算器2201以對每個幀計算出的加權(quán)系數(shù)對加權(quán)系數(shù)碼本223-1的加權(quán)系數(shù)碼本的內(nèi)容進(jìn)行逐次更新。另外，在本實施方式中，加權(quán)系數(shù)計算器2201在計算出的權(quán)重越大(誤差敏感度越大)時，將寬帶量化LSP的預(yù)測中的固定預(yù)測模式分量的比率設(shè)定得越高(例如將固定預(yù)測模式分量的比率設(shè)定為50％以上)，相反地，該加權(quán)越小，越進(jìn)行學(xué)習(xí)以使量化性能變好。然后，加權(quán)系數(shù)計算器2201對加權(quán)系數(shù)碼本223-1的內(nèi)容進(jìn)行更新，以接近經(jīng)由該學(xué)習(xí)而獲得的最佳構(gòu)成比(一般說來，自適應(yīng)預(yù)測模式分量的比率變高)。
由此，根據(jù)本實施方式，加權(quán)系數(shù)計算器2201根據(jù)當(dāng)前幀的窄帶量化LSP的誤差敏感度，對在穩(wěn)定模式被選擇的加權(quán)系數(shù)碼本223-1的內(nèi)容進(jìn)行逐次更新，因此通過對當(dāng)前幀的寬帶量化LSP的預(yù)測中的固定預(yù)測模式分量和自適應(yīng)預(yù)測模式分量的比率進(jìn)行最佳化，能夠在抑制抗差錯能力的惡化的同時，使量化性能最大化。例如，加權(quán)計算器2201在寬帶量化LSP的預(yù)測中使固定預(yù)測模式分量為100％的話，也就是使放大器125-1的權(quán)重的比率為100％，該放大器125-1與對窄帶量化LSP乘以固定變換系數(shù)的放大器126-1連接，并且使放大器125-2的比率為0％的話，就能夠改善抗差錯能力。相反地，加權(quán)系數(shù)計算器2201使自適應(yīng)預(yù)測模式分量的比率為100％的話，雖然抗差錯能力惡化，可是能改善量化性能。并且，加權(quán)系數(shù)計算器2201使固定預(yù)測模式分量和自適應(yīng)預(yù)測模式分量的比率為例如50％和50％的話，產(chǎn)生得自自適應(yīng)預(yù)測模式分量的量化性能改善效果，與此同時，由于固定預(yù)測分量根據(jù)寬帶LSP編碼單元107f的計算次數(shù)來減少傳輸路徑的影響，使得該傳輸路徑差錯的影響難以傳播到后續(xù)幀。
另外，根據(jù)本實施方式，由于加權(quán)系數(shù)計算器2201在每個幀逐次更新加權(quán)系數(shù)碼本223-1的內(nèi)容，即使在窄帶量化LSP的誤差敏感度在每個幀改變的情況，能夠自適應(yīng)地實現(xiàn)互為折衷選擇關(guān)系的、得自自適應(yīng)預(yù)測模式分量的量化性能改善效果和得自固定預(yù)測模式分量的抗差錯能力惡化抑制效果之間的調(diào)和。
再有，在語音信號的情況，由于即使有關(guān)其高頻分量的LSP參數(shù)發(fā)生錯誤，對主觀質(zhì)量的影響較小，因此加權(quán)系數(shù)計算單元2201以使有關(guān)其低頻分量的固定預(yù)測模式分量的比率變高，另一方面以使有關(guān)其高頻分量的自適應(yīng)預(yù)測模式分量的比率變高的方式，來決定加權(quán)系數(shù)較理想。
另外，在本實施方式中，雖然說明了加權(quán)系數(shù)乘法器2201根據(jù)窄帶量化LSP的誤差敏感度，來計算加權(quán)系數(shù)碼本223-1用的加權(quán)系數(shù)的情況，但本發(fā)明不限于這個情況，例如加權(quán)系數(shù)乘法器2201可從離線的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)計算出加權(quán)系數(shù)碼本223-1用的加權(quán)系數(shù)。
以上，對本發(fā)明的各個實施方式進(jìn)行了說明。
本發(fā)明的可擴(kuò)展編碼裝置以及可擴(kuò)展解碼裝置不限于上述各個實施方式，可進(jìn)行各種變更加以實施。例如，可適宜地組合各個實施方式加以實施。
本發(fā)明的可擴(kuò)展編碼裝置和可擴(kuò)展解碼裝置也可以安裝在移動通信系統(tǒng)中的通信終端裝置和基站裝置，由此能夠提供具有與上述相同作用效果的通信終端裝置和基站裝置。
然而，這里雖然說明了對LSP參數(shù)進(jìn)行編碼/解碼的情況，但本發(fā)明也可適用于ISP(Immittance Spectrum Pairs)參數(shù)。
另外，雖然有時特別將取LSP的余弦，也就是使LSP為L(i)的時候的cos(L(i))稱為LSF(Line Spectral Frequency)，并與LSP進(jìn)行區(qū)分，但在本說明書中，LSF是LSP的一個形態(tài)，并使LSF包含于LSP，來使用LSP一詞。換言之，也可將LSP讀作LSF。
另外，在此雖然使1幀前的寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)的比作為當(dāng)前幀的窄帶-寬帶變換系數(shù)，但也可以以時間序列的方式使用以前的幀的寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)的比，通過預(yù)測或外推(Extrapolation)地求當(dāng)前幀的寬帶/窄帶的量化LSP參數(shù)的比，將求出的值作為當(dāng)前幀的窄帶-寬帶變換系數(shù)來使用。
并且，雖然這里以包括穩(wěn)定模式/非穩(wěn)定模式的兩個模式的模式為例進(jìn)行了說明，但模式可以是三個以上。
另外，這里以頻帶可擴(kuò)展編碼的層為兩個的情況，也就是由窄帶和寬帶的兩個頻帶構(gòu)成的頻帶可擴(kuò)展編碼或頻帶可擴(kuò)展解碼為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也可適用于由三個以上的頻帶(層)構(gòu)成的頻帶可擴(kuò)展編碼或頻帶可擴(kuò)展解碼。
再有，這里以硬件構(gòu)成本發(fā)明的情況為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也能夠以軟件實現(xiàn)。例如，通過以程序語言描述本發(fā)明的可擴(kuò)展編碼方法或可擴(kuò)展解碼方法的算法，并使該程序存儲在存儲器，由信息處理單元執(zhí)行，由此能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明的可擴(kuò)展編碼裝置或可擴(kuò)展解碼裝置相同的功能。
再有，上述各實施方式的說明中的各功能塊可實現(xiàn)為一般作為集成電路的LSI。這些塊既可是每個塊分別集成到一個芯片，或者可以是部分或所有塊集成到一個芯片。
并且，雖然此處稱為LSI，但根據(jù)集成程度，可以稱為IC、系統(tǒng)LSI、高級LSI(Super LSI)、或超級LSI(Ultra LSI)。
另外，實現(xiàn)集成電路化的方法不僅限于LSI，也可使用專用電路或通用處理器來實現(xiàn)。在LSI制造后可利用可編程的FPGA(Field Programmable GateArray)，或者可以使用可重構(gòu)LSI內(nèi)部的電路單元的連接或設(shè)定的可重構(gòu)處理器。
再有，隨著半導(dǎo)體的技術(shù)進(jìn)步或隨之派生的其他技術(shù)的出現(xiàn)，如果能夠出現(xiàn)替代LSI集成回路化的新技術(shù)，當(dāng)然可利用此技術(shù)進(jìn)行功能塊的集成化。并且存在著適用生物技術(shù)的可能性。
本說明書基于2004年4月27日提交的日本專利申請第2004-132113號和2004年9月6日提交的日本專利申請第2004-259036號。其內(nèi)容都包含于此以資參考。
工業(yè)利用性本發(fā)明的可擴(kuò)展編碼裝置、可擴(kuò)展解碼裝置、可擴(kuò)展編碼方法以及可擴(kuò)展解碼方法適用于移動通信系統(tǒng)或使用因特網(wǎng)協(xié)議的分組通信系統(tǒng)等的通信裝置的用途。
權(quán)利要求
1.一種可擴(kuò)展編碼裝置，從輸入信號生成在頻率軸方向具有擴(kuò)展性的窄帶和寬帶的量化LSP參數(shù)，該可擴(kuò)展編碼裝置包括窄帶編碼單元，對窄帶的輸入信號的LSP參數(shù)進(jìn)行編碼，生成窄帶的第一量化LSP參數(shù)；變換單元，將所述第一量化LSP參數(shù)的頻帶變換為寬帶；寬帶編碼單元，使用變換為寬帶后的所述第一量化LSP參數(shù)，進(jìn)行對寬帶的輸入信號的LSP參數(shù)的編碼，生成寬帶的第二量化LSP參數(shù)；以及計算單元，基于以前生成的所述第一和第二量化LSP參數(shù)之間的關(guān)系，計算出由所述變換單元使用的變換系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述可擴(kuò)展編碼裝置，其中，還包括限制器，對由所述計算單元計算出的變換系數(shù)進(jìn)行修正，以使變換系數(shù)收納于預(yù)定的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述可擴(kuò)展編碼裝置，其中，還包括平滑化單元，對由所述計算單元計算出的變換系數(shù)隨時間進(jìn)行平滑化。
4.如權(quán)利要求1所述可擴(kuò)展編碼裝置，其中所述計算單元包括預(yù)先保持一個或多個變換系數(shù)的系數(shù)表，根據(jù)所述輸入信號的語音模式，來對基于以前生成的所述第一和第二量化LSP參數(shù)之間的關(guān)系而計算出的變換系數(shù)和所述系數(shù)表保持的變換系數(shù)進(jìn)行切換并輸出。
5.如權(quán)利要求4所述的可擴(kuò)展編碼裝置，其中基于窄帶的所述第一量化LSP的時間變化來決定所述輸入信號的語音模式。
6.如權(quán)利要求4所述的可擴(kuò)展編碼裝置，其中基于寬帶的所述輸入信號的LSP參數(shù)的時間變化來決定所述輸入信號的語音模式。
7.如權(quán)利要求4所述的可擴(kuò)展編碼裝置，其中基于所述變換系數(shù)的變換增益來決定所述輸入信號的語音模式。
8.如權(quán)利要求4所述的可擴(kuò)展編碼裝置，其中基于量化誤差以閉環(huán)方式?jīng)Q定所述輸入信號的語音模式。
9.如權(quán)利要求4所述的可擴(kuò)展編碼裝置，其中將所述輸入信號的語音模式發(fā)送到解碼裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的可擴(kuò)展編碼裝置，其中，還包括加法單元，對由所述變換單元獲得的所述第一量化LSP參數(shù)進(jìn)行加法運算，所述計算單元包括預(yù)先保持一個以上的變換系數(shù)的系數(shù)表，將基于以前生成的所述第一和第二量化LSP參數(shù)之間的關(guān)系而計算出的變換系數(shù)和所述系數(shù)表中保持的變換系數(shù)一起輸出，所述變換單元通過對所述第一量化LSP參數(shù)單獨乘以從所述計算單元輸出的至少兩個所述變換系數(shù)，將所述第一量化LSP參數(shù)的頻帶變換為寬帶，生成至少兩個變換為寬帶后的所述第一量化LSP參數(shù)，所述加法單元對由所述變換單元變換為寬帶的至少兩個所述第一量化LSP參數(shù)進(jìn)行加法運算，所述寬帶編碼單元使用所述加法單元進(jìn)行加法運算后的所述第一量化LSP參數(shù)，進(jìn)行寬帶的輸入信號的LSP參數(shù)的編碼，生成寬帶的第二量化LSP參數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的可擴(kuò)展編碼裝置，其中，還包括乘法單元，分別對由所述變換單元變換為寬帶的至少兩個所述第一量化LSP參數(shù)單獨地乘以規(guī)定的加權(quán)系數(shù)；以及加權(quán)系數(shù)計算單元，計算在所述乘法單元使用的所述加權(quán)系數(shù)，所述加法單元對由所述乘法單元乘以了所述加權(quán)系數(shù)的至少兩個所述第一量化LSP參數(shù)進(jìn)行加法運算，所述加權(quán)系數(shù)計算單元基于所述第一量化LSP參數(shù)的誤差敏感度，計算由所述乘法單元使用的所述加權(quán)系數(shù)。
12.一種通信終端裝置，包括如權(quán)利要求1所述的可擴(kuò)展編碼裝置。
13.一種基站裝置，包括如權(quán)利要求1所述的可擴(kuò)展編碼裝置。
14.一種可擴(kuò)展解碼裝置，對在頻率軸方向具有擴(kuò)展性的窄帶和寬帶的量化LSP參數(shù)進(jìn)行解碼，該可擴(kuò)展解碼裝置包括窄帶解碼單元，對窄帶的量化LSP參數(shù)進(jìn)行解碼，生成窄帶的第一LSP參數(shù)；變換單元，將所述第一LSP參數(shù)的頻帶變換為寬帶；寬帶解碼單元，使用變換為寬帶后的所述第一LSP參數(shù)進(jìn)行寬帶的量化LSP參數(shù)的解碼，生成寬帶的第二LSP參數(shù)；以及計算單元，基于以前生成的所述第一和第二LSP參數(shù)之間的關(guān)系，計算由所述變換單元使用的變換系數(shù)。
15.一種通信終端裝置，包括如權(quán)利要求14所述的可擴(kuò)展解碼裝置。
16.一種基站裝置，包括如權(quán)利要求14所述的可擴(kuò)展解碼裝置。
17.一種可擴(kuò)展編碼方法，在將對窄帶的輸入信號進(jìn)行編碼所獲得的窄帶量化LSP參數(shù)的頻帶變換為寬帶時，基于以前的窄帶量化LSP參數(shù)和與其對應(yīng)的寬帶量化LSP參數(shù)的關(guān)系，對各個幀自適應(yīng)地進(jìn)行所述變換。
18.一種可擴(kuò)展解碼方法，在將對窄帶量化LSP參數(shù)進(jìn)行解碼所獲得的窄帶LSP參數(shù)的頻帶變換為寬帶的時候，基于以前的窄帶LSP參數(shù)和與其對應(yīng)的寬帶LSP參數(shù)的關(guān)系，對各個幀自適應(yīng)地進(jìn)行所述變換。
全文摘要
公開一種能夠提高從窄帶LSP到寬帶LSP的變換性能(從窄帶LSP預(yù)測寬帶LSP時的預(yù)測精度)，實現(xiàn)高性能的頻帶可擴(kuò)展LSP編碼的可擴(kuò)展編碼裝置。在該裝置中，變換系數(shù)計算單元(109)使用從窄帶LSP編碼單元(103)以前輸出的窄帶的量化LSP和從寬帶LSP編碼單元(107)以前輸出的寬帶的量化LSP來求變換系數(shù)。寬帶LSP編碼單元(107)將窄帶的量化LSP乘以從變換系數(shù)計算單元(109)輸入的變換系數(shù)，從而變換為寬帶LSP，并將該寬帶LSP乘以加權(quán)系數(shù)來求預(yù)測寬帶LSP。然后，寬帶LSP編碼單元(107)對求出的預(yù)測寬帶LSP和寬帶LSP之間的誤差信號進(jìn)行編碼，獲得寬帶的量化LSP。
文檔編號G10L19/06GK1947174SQ20058001317
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者江原宏幸, 吉田幸司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社