專利名稱：基于頻譜動力學的信號編碼和解碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及信號處理，且更特定來說，涉及用于存儲和檢索或用于通信的信號 的編碼和解碼。
技術(shù)背景在數(shù)字電信中，信號需要經(jīng)編碼以進行傳輸且信號需要經(jīng)解碼以進行接收。信號的 編碼涉及將原始信號轉(zhuǎn)換為適于在傳輸媒體上傳播的格式。目標為保持原始信號的質(zhì)量 但消耗媒體的較少帶寬。信號的解碼涉及編碼過程的相反過程。已知的編碼機制使用脈沖編碼調(diào)制(PCM)技術(shù)。例如參看圖1，其展示可為語音信號 的片段的時變信號x(t)。 y軸和x軸分別表示振幅和時間。模擬信號x(t)由多個脈沖20 取樣。每一脈沖20具有表示特定時間的信號x(t)的振幅。例如，其后，可將脈沖20中的 每一者的振幅編碼為用于隨后傳輸?shù)臄?shù)字值。為節(jié)約帶寬，在傳輸之前，可使用對數(shù)壓擴過程壓縮PCM脈沖20的數(shù)字值。在接 收結(jié)束時，接收器僅執(zhí)行上述編碼過程的相反過程以恢復原始時變信號x(t)的近似版本。 使用上述機制的設(shè)備通常稱為a律或H律編碼解碼器。隨著用戶的數(shù)目增加，存在對帶寬節(jié)約的進一步的實際需要。例如，在無線通信系 統(tǒng)中，大量用戶可共用有限的頻譜。通常為每一用戶在其他用戶之間分配有限帶寬。過去十多年以來，語音編碼器的發(fā)展已取得相當大的進步。通常采用的技術(shù)使用碼 激發(fā)線性預測(CELP)方法。CELP方法的細節(jié)可在下列出版物中找到普蘭迪斯霍爾 (Prentice Hall)于1978年9月出版的萊比納(Rabiner)和斯卡福(Schafer)的ISBN為 0132136031的題為"語音信號的數(shù)字處理(Digital Processing of Speech Signals)"的出版 物；和由依雷正EE印刷廠(Wiley-IEEE Press)的戴勒(Deller)、普洛基斯(Proakis)和漢 森(Hansen)于1999年9月出版的ISBN為0780353862的題為"語音信號的離散時間處理(Discrete-Time Processing of Speech Signals)"的出版物。下文簡要描述作為CELP方法 的基礎(chǔ)的基本原理。現(xiàn)返回參看圖1。使用CELP方法而并非單獨地以數(shù)字編碼并傳輸每一PCM樣本20， 以群的方式編碼并傳輸PCM樣本20。例如，首先將圖1中的時變信號x(t)的PCM脈沖 20分割為多個幀22。每一幀22具有固定的持續(xù)時間(例如20 ms)。將每一幀22內(nèi)的PCM 樣本20經(jīng)由CELP機制共同編碼且隨后傳輸。經(jīng)取樣的脈沖的示范性幀為在圖1中展示 的PCM脈沖群22A-22C。出于簡單起見，僅采用三個PCM脈沖群22A-22C進行說明。在傳輸之前的編碼期 間，將PCM脈沖群22A-22C的數(shù)字值連續(xù)地饋送到線性預測器(LP)模塊。所得輸出為也 稱為"LP過濾器"或簡稱為"過濾器"的頻率值的集合，其基本上表示脈沖群22A-22C 的頻譜成分。接著量化LP過濾器。LP模塊產(chǎn)生PCM脈沖群22A-22C的頻譜表示的近似。因此，在預測過程期間，引 入誤差或殘余值。將殘余值映射到碼本，所述碼本載運可用于緊密匹配PCM脈沖群 22A-22C的經(jīng)編碼數(shù)字值的各種組合條目。映射碼本中的最佳擬合值。經(jīng)映射的值為待 傳輸?shù)闹?。整個過程稱為時域線性預測(TDLP)。因此，在電信中使用CELP方法，編碼器(未圖示)僅需產(chǎn)生LP過濾器和經(jīng)映射的碼 本值。傳輸器僅需傳輸LP過濾器和經(jīng)映射的碼本值，而非如上述的a律和p律編碼器中 的個別編碼的PCM脈沖值。因此，可節(jié)省大量的通信信道帶寬。在接收器端，也具有類似于傳輸器中的碼本的碼本。接收器中的依賴于相同碼本的 解碼器(未圖示)僅需顛倒如上所述的編碼過程。與所接收的LP過濾器一起，可恢復時變 信號x(t)。迄今為止，例如上述的CELP機制的已知語音編碼機制中的許多機制是基于待編碼 的信號是短時靜態(tài)的假設(shè)。目卩，機制是基于以下前提經(jīng)編碼的幀的頻率成分是靜態(tài)的 且可由簡單的(全極點)過濾器和在激勵過濾器中的某些輸入表示而取得近似。達到如上所 述的碼本中的各種TDLP算法是基于此模型。然而，個體之間的語音模式可非常不同。 例如從各種樂器發(fā)出的聲音的非人類音頻信號也與人類相應者的音頻信號顯著不同。此 外，在如上所述的CELP過程中，為加速即時信號處理，通常選擇短時幀。更特定來說， 如圖1中所示，為減小在PCM脈沖群(例如22A-22C)的值到碼本中的向量對應條目的映 射中的算法延遲，界定(例如)如圖1中所示的20 ms的短時窗22。然而，從每一幀獲得 的頻譜或共振峰信息通常是共同的且可在其它幀之間可共用。因此，以并非最佳有利于帶寬節(jié)約的方式，經(jīng)由通信信道或多或少重復地發(fā)送共振峰信息。因此，存在對提供具有信號質(zhì)量的改進保持的編碼和解碼機制的需要，所述機制不 僅適用于人類語音而且適用于各種其它聲音，且進一步可用于有效利用信道資源。發(fā)明內(nèi)容在一種設(shè)備和方法中，將時變信號分割為幀且經(jīng)由頻域線性預測(FDLP)機制將每一 幀編碼，以達到在多個子帶中載運信號的頻譜信息的全極點模型。在多個子帶中估計由 機制引起的殘余信號。將在全極點模型的所有幀中的所有子帶和殘余信號的經(jīng)量化值包 化為適于傳輸或存儲的經(jīng)編碼信號。為重建時變信號，解碼經(jīng)編碼的信號。解碼過程基 本上為編碼過程的相反過程。經(jīng)分割的幀可經(jīng)選擇以作為導致信號源的格式或共同頻譜信息的更有效使用的相對 較長的持續(xù)時間。如所描述而實施的設(shè)備和方法不僅適用于發(fā)音語音，而且也適用于例 如由各種樂器發(fā)出的聲音等其它聲音，或其組合。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員從以下詳細描述和附圖將了解這些和其它特征和優(yōu)勢，在附圖 中相同參考標號指代相同部分。


圖1展示取樣為離散信號的時變信號的圖形表示；圖2為展示本發(fā)明的示范性實施例的硬件實施方案的通用示意圖；圖3為說明在示范性實施例的編碼過程中所包含的步驟的流程圖；圖4為分割為多個幀的時變信號的圖形表示；圖5為圖4的時域信號的幀的頻域變換的圖形表示；圖6為用于針對多個子帶將經(jīng)變換的數(shù)據(jù)進行分類的多個重疊高斯窗的圖形表示； 圖7為展示在第k個子帶中經(jīng)變換的數(shù)據(jù)的頻域與時域關(guān)系的圖形表示； 圖8為展示頻域線性預測過程的圖形表示；圖9為展示典型有聲信號的信號載波的示范性頻譜成分的圖形表示； 圖10為圖9的信號載波的時域版本；圖11為說明在示范性實施例的解碼過程中所包含的步驟的流程圖； 圖12為根據(jù)示范性實施例的編碼器的電路的一部分的示意圖；禾口 圖13為根據(jù)示范性實施例的解碼器的電路的一部分的示意圖。
具體實施方式
呈現(xiàn)以下描述以便使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠進行并使用本發(fā)明。出于說明的目的，在以下描述中闡述細節(jié)。應了解，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認識到，可在不使用所述特定 細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其它情況下，未詳細闡述眾所周知的結(jié)構(gòu)和過程以便不使 不必要的細節(jié)混淆本發(fā)明的描述。因此，本發(fā)明并不意欲由所示的實施例限制，而是與 符合本文中揭示的原理和特征的最廣泛范疇一致。圖2為用于實施本發(fā)明的示范性實施例的硬件的通用示意圖。系統(tǒng)由參考標號30總 體表示。可將系統(tǒng)30大致分為編碼區(qū)32和解碼區(qū)34。安置于區(qū)32與區(qū)34之間的是數(shù) 據(jù)處置器36。數(shù)據(jù)處置器36的實例可為數(shù)據(jù)存儲裝置或通信信道。在編碼區(qū)32中，存在連接到數(shù)據(jù)包化器40的編碼器38。時變輸入信號x(t)在通過 編碼器38和數(shù)據(jù)包化器40之后被引導到數(shù)據(jù)處置器36。在解碼區(qū)34中，以稍微類似的方式但以相反次序，存在連接到數(shù)據(jù)解包化器44的 解碼器42。將來自數(shù)據(jù)處置器36的數(shù)據(jù)饋送到數(shù)據(jù)解包化器44,其又將經(jīng)解包化的數(shù) 據(jù)發(fā)送到解碼器42以便重建原始時變信號x(t)。圖3為說明在圖2中所示的系統(tǒng)30的編碼區(qū)32中涉及的處理的步驟的流程圖。在 以下描述中，結(jié)合圖4到圖IO參看圖3。在圖3的步驟Sl中，首先(例如)經(jīng)由脈沖編碼調(diào)制(PCM)過程對時變信號x(t)進行取 樣。由x(n)表示信號x(t)的離散版本。在圖4中，僅展示連續(xù)信號x(t)。為了清楚起見以 便不混淆圖4，未展示x(n)的離散脈沖的多重性。在此說明書和所附權(quán)利要求書中，除非視需要而特別指定，否則術(shù)語"信號"是經(jīng) 廣泛解釋的。因此，術(shù)語信號包括連續(xù)信號和離散信號，且進一步包括頻域信號和時域 信號。此外，在下文中，小寫符號表示時域信號且大寫符號表示經(jīng)頻率變換的信號。將 在后續(xù)描述中引入其余表示法進展到步驟S2中，將經(jīng)取樣的信號x(n)分割為多個幀。如圖4中所示，此幀的一者 由參考標號46表示。在示范性實施例中，幀46的持續(xù)時間選擇為1秒。選定幀46內(nèi)的時變信號在圖4中標記為s(t)。在圖5中突出并復制連續(xù)信號s(t)。請 注意，圖5中所示的信號片段s(t)與如圖4中所說明的同一信號片段s(t)相比具有大大拉 長的時間標度。即，與圖4的對應x軸標度相比，圖5中的x軸的時間標度顯著地拉開。信號s(t)的離散版本由s(n)表示，其中n為指示取樣數(shù)目的整數(shù)。時間連續(xù)信號s(t) 通過以下代數(shù)式而與離散信號s(n)相關(guān)其中T為如圖5中所示的取樣周期。進展到圖3的步驟S3中，經(jīng)取樣的信號s(n)經(jīng)歷頻率變換。在此實施例中，使用離 散余弦變換(DCT)。下文中，在此說明書和所附權(quán)利要求書中，互換地使用術(shù)語"頻率變 換"和"頻域變換"。同樣，互換地使用"時間變換"和"時域變換"。在數(shù)學上，離散 信號s(n)從時域到頻域的變換可表達如下<formula>formula see original document page 11</formula>(2)其中s(n)如上所界定，f為離散頻率(其中0S/^iV)， T為s(n)的N個脈沖的N個經(jīng) 變換的值的線性陣列，且系數(shù)c由"0) = 717^給定，當<formula>formula see original document page 11</formula>圖5中圖解展示時域參數(shù)s(n)到頻域參數(shù)T(f)的DCT。在此實施例中，頻域變換T(f) 的N個脈沖樣本稱為DCT系數(shù)。進入圖3中的步驟S4，將DCT變換T(f)的N個DCT系數(shù)分類且其后使其擬合在多 個子帶窗中。圖6中展示子帶窗的相對布置。每一子帶窗(例如子帶窗50)表示為可變大 小的窗。在示范性實施例中，采用高斯(Gaussian)分布來表示子帶。如所說明，子帶窗的 中間是非線性隔開的。相反，窗是根據(jù)巴克標度(Barkscale)(即根據(jù)人類感知的某些己知 特征而實施的標度)分離。特定來說，在低頻端下的子帶窗比在高頻端下的子帶窗更窄。 此分配是基于以下發(fā)現(xiàn)與在音頻頻譜高端處的較寬頻率范圍相比，哺乳動物聽覺系統(tǒng) 的感官生理更適合低端處的較窄頻率范圍。在選擇子帶的數(shù)目M的過程中，在復雜性與信號質(zhì)量之間應存在平衡。即，如果需 要較高質(zhì)量的經(jīng)編碼信號，則可選擇更多的子帶，但是代價為更多的經(jīng)包化數(shù)據(jù)位和此 外對殘余信號的更復雜處理(兩者將隨后說明)。另一方面，為簡單起見，可選擇較少數(shù)目 的子帶，但可導致質(zhì)量相對較低的經(jīng)編碼信號。此外，可依據(jù)取樣頻率來選擇子帶的數(shù) 目。例如，當取樣頻率為16,000 Hz時，可將M選擇為15。在示范性實施例中，將取樣 頻率選擇為8,000 Hz且將M設(shè)定為13(即，M=13)。如圖6中所示，劃分N個DCT系數(shù)且使其擬合在呈M個重疊高斯窗形式的M個子 帶中。需要進一步處理每一子帶中的經(jīng)劃分的DCT系數(shù)。編碼過程現(xiàn)進入圖3的步驟 S5-S8。在此實施例中，步驟S5-S8中的每一者包括平行處理M組子步驟。即，大致同 時執(zhí)行M組子步驟的處理。下文中，為清楚和簡明起見，僅描述包含用于處理第k個子帶的子步驟S5k-S8k的組。請注意，其它子帶組的處理大體上是類似的。在實施例的以下描述中，M-13且1^^M，其中k為整數(shù)。此外，在第k個子帶中分類的DCT系數(shù)由Tk(f)表示，Tk(f)為頻域術(shù)語。第k個子帶中的DCT系數(shù)Tk(f)具有其表達為Sk(n)的時域相應者。此時，有助于離題界定并區(qū)分各種頻域和時域術(shù)語。第k子帶中的時域信號Sk(n)可通過其對應的頻率相應者Tk(f)的逆離散余弦變換 (IDCT)而獲得。在數(shù)學上，其表達如下其中Sk(n)和Tk(f)為如上所界定。此外，f為離散頻率，其中0《/SW，且系數(shù)c由 c(0)-VI7^給定，當1S/SW-1時，c(/) = V57^。將論述從頻域切換到時域，第k子帶中的時域信號Sk(n)基本上包括兩部分，即如圖 7的右側(cè)中所展示且隨后將進一步描述的時域希爾伯特(Hilbert)包絡^(n)和希爾伯特載 波Ck(n)。以另一方式陳述，用希爾伯特包絡？t(n)調(diào)制希爾伯特載波Ck(n)將導致第k子帶 中的時域信號Sk(Il)。在代數(shù)上，其可表達如下= & (")"") (4)因此，如果已知時域希爾伯特包絡^(w)和希爾伯特載波Ck(n)，則可從等式(4)重建第k子帶中的時域信號Sk(n)。經(jīng)重建的信號近似于無損耗重建的信號。在圖7中稍微以圖 解展示關(guān)系。在圖7左側(cè)的頻域側(cè)，由參考標號28表示頻率變換的第k子帶中的DCT 系數(shù)Tk(f)。在圖7右側(cè)的時域側(cè)，由參考標號52指示希爾伯特包絡&(n)，且由參考標號54表示時域信號Sk(n)?，F(xiàn)返回到圖3，子步驟S5k-S7k基本上與確定希爾伯特包絡&(")和希爾伯特載波Ck(n)相關(guān)。特定來說，子步驟S5k和S6k處理計算希爾伯特包絡？t(n)，且子步驟S7k是關(guān)于 估計希爾伯特載波Ck(n)。如早先所提及，時域術(shù)語第k子帶中的希爾伯特包絡&(n)可得自對應的頻域參數(shù) Tk(f)。然而，在子步驟S5k中，并非使用參數(shù)Tk(f)的精確變換的IDCT過程，而是將參數(shù)Tk(f)的頻域線性預測(FDLP)過程用于示范性實施例中。由FDLP過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可更加流線化，且因此更適用于傳輸或存儲。在以下段落中，簡要描述FDLP過程，且隨后進行更詳細的說明。簡要來說，在FDLP過程中，估計希爾伯特包絡&(n)的頻域相應者，所述相應者在代數(shù)上表達為g(/)且在圖7中以幻影線展示且標記為56。然而，期望編碼的信號為Sk(n)。 參數(shù)Sk(ii)的頻域相應者為Tk(f)，其在圖7中以實線展示且標記為57。如下文中將描述， 由于參數(shù)g(/)是近似，所以也可估計近似fl(/)與實際值Tk(f)之間的差，所述差表達為 Ck(f)。參數(shù)Ck(f)稱為頻域希爾伯特載波，且有時也稱為殘余值。 下文中，描述FDLP過程和參數(shù)Ck(f)估計的進一步細節(jié)。在FDLP過程中，可使用列文遜-杜賓(Levinson-Durbin)算法。在數(shù)學上，將要由列 文遜-杜賓算法估計的參數(shù)表達如下-一i/=0(5)其中H(z)為z域中的轉(zhuǎn)移函數(shù)；z為z域中復變量；a(i)為近似希爾伯特包絡&(M)的 頻域相應者g(/)的全極點模型的第i個系數(shù)；i=0, ...,K-l;上文中已描述時域希爾伯特 包絡&(n)(例如見圖7)。在Prentice Hall出版的ISBN為0137549202的阿蘭V歐培漢姆(Alan V. Oppenheim)、 羅納爾多W斯開福(Ronald W. Schafer)、約翰R巴克(John R. Buck)的"離散時間信 號處理(Discrete-Time Signal Processing)"(第2版)的出版物中可找到z域中的Z變換的基 本原理，且此處不進一步進行闡述。在等式(5)中，可基于幀46(圖4)的長度選擇K值。在示范性實施例中，將K選擇為 20,其中幀46的持續(xù)時間設(shè)定為1秒。本質(zhì)上，在如由等式(5)示范的FDLP過程中，在第k個子帶中的頻域變換的DCT系 數(shù)Tk(f)經(jīng)由列文遜-杜賓算法處理，其導致時域希爾伯特包絡^(n)的頻率相應者^(/)的 一組系數(shù)a(i)(其中0<i<K-l)。在圖8中圖解展示FDLP過程。列文遜-杜賓算法在此項技術(shù)中是眾所周知的且在此處不再重復。在Prentice Hall于 1978年9月出版的ISBN為0132136031的Rabiner和Schafer的題為"語音信處理(Digital Processing of Speech Signals)"的出版物中可找到算法的基本原理。進行到圖3中的子步驟S6k，量化所得的系數(shù)a(i)。 S卩，對于每一值a(i)來說，緊密擬合與碼本匹配(未圖示)以達到近似。過程稱為有損耗近似法。在量化期間，可量化a(i)(其中i=0到i-K-l)的整個向量，或作為替代，可單獨分段并量化全部向量。此外，經(jīng)由碼本映射的量化過程也是眾所周知的且并不進一步進行闡述。FDLP過程的結(jié)果為參數(shù)g(/)(在頻域中表達的希爾伯特包絡)，且在圖7中圖解地展示為由參考標號56表示的幻影線。參數(shù)fU/)的經(jīng)量化的系數(shù)a(i)也可以圖表方式顯示于圖7中。其中的兩個標記為61和63，其位于表示參數(shù)A(/)的幻影線56上。參數(shù)fj/)的經(jīng)量化系數(shù)a(i)(其中i=0到K-l)將為發(fā)送到數(shù)據(jù)處置器36(圖2)的經(jīng)編碼信息的一部分。如上所述且與此處進行重復，由于參數(shù)g(/)為原始參數(shù)Tk(f)的有損耗近似，所以 兩個參數(shù)之間的差稱為殘余值，其在代數(shù)上表達為Ck(f)。在子步驟S5k和S6k中，經(jīng)由 如上所述的列文遜-杜賓算法不同地置入擬合過程以達到全極點模型，不能俘獲關(guān)于原始 信號的某些信息。如果期望獲得高質(zhì)量的信號編碼，S卩，如果需要無損耗的編碼，則需 要估計殘余值Ck(f)。殘余值Ck(f)基本包含信號Sk(n)的載波頻率Ck(n)的頻率分量且將進 一步闡釋。在圖3的子步驟S7k中執(zhí)行對殘余值的估計。 在估計希爾伯特載波Ck(n)的過程中存在若干方法。直接方法是假定希爾伯特載波Ck(n)主要包括白噪聲。獲得白噪聲信息的一種方式是 帶通過濾原始信號x(t)(圖4)。在過濾過程中，可識別白噪聲的主要頻率分量。如果原始信號x(t)(圖4)為有聲信號，即源自人類的發(fā)音語音片段，則發(fā)現(xiàn)通過僅少 數(shù)頻率分量便可非常好地預測希爾伯特載波ck(n)。在子帶窗50(圖6)位于低頻端中(艮卩k 值相對較低)時，情況尤其如此。圖9展示典型有聲信號的希爾伯特載波Ck(n)的示范性頻 譜表示。B卩，如圖9中所展示，參數(shù)Ck(f)具有由近似帶寬58識別的相當窄的頻帶。當 在時域中表達時，參數(shù)Ck(f)實際上為希爾伯特載波Ck(n)且展示于圖10中。請注意在圖9和圖IO兩者中，所展示的實際上是離散參數(shù)Ck(n)的時間連續(xù)版本Ck(t);相同情況適用于 參數(shù)Ck(f)。這是因為顯示離散分量的多重性將使附圖的清晰度變模糊。如圖10中所示，希爾伯特載波Ck(n)是相當規(guī)則的且通過僅少數(shù)正弦頻率分量便可表 達。對合理地高質(zhì)量編碼，可僅選擇最強分量。舉例來說，使用"峰值挑選"方法，可 將圖9的峰值60和62周圍的正弦頻率分量選擇為希爾伯特載波Ck(n)的分量。作為估計殘余信號過程中的另一替代方案，可事先指派給每一子帶k(圖6)—基礎(chǔ)頻 率分量。通過分析希爾伯特載波Ck(n)的頻譜分量，可估計每一子帶的基礎(chǔ)頻率分量且與 其多個諧波一起使用。對于不考慮原始信號源是有聲還是無聲的更可靠的信號重建來說，可使用上述方法 的組合。例如，經(jīng)由對在頻域中的希爾伯特載波Ck(f)的簡單的閾值處理，可檢測并確定 原始信號片段s(t)(圖5)是有聲的還是無聲的。因此，如果確定信號片段s(t)是有聲的，則 可使用如在描述圖9和圖IO過程中的頻譜估計方法。另一方面，如果確定信號片段s(t) 是無聲的，則可采用如上所述的白噪聲重建方法。存在可用于估計希爾伯特載波Ck(n)的又一方法。此方法涉及標量量化頻域中的希爾 伯特載波Ck(f)(圖9)的頻譜分量。此處，在量化后，由有損耗近似法表示希爾伯特載波的 量值和相位，使得引入的失真被最小化。參數(shù)Q(f)抑或Ck(n)的希爾伯特載波數(shù)據(jù)將為最終發(fā)送到數(shù)據(jù)處置器36(圖2)的經(jīng)編 碼信息的另一部分?，F(xiàn)返回參看圖3。在如上所述從第k個子帶獲得希爾伯特包絡&(n)和希爾伯特載波Ck(n)信息后，經(jīng)由如步驟S8k中所示的熵編碼機制來編碼所得信息。其后，如圖3的步驟S9中所示，串聯(lián)并包化來自M個子帶中的每一者的所有數(shù)據(jù)。在需要時，在包化過程中可實施在此項技術(shù)中眾所周知的各種算法，包括壓縮和加密。其后，如圖3的步驟S10中所示，可將經(jīng)包化的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處置器36(圖2)。可從數(shù)據(jù)處置器36檢索數(shù)據(jù)以便解碼并重建。參看圖2，在解碼期間，將來自數(shù)據(jù)處置器36的經(jīng)包化數(shù)據(jù)發(fā)送到解包化器44且接著使數(shù)據(jù)經(jīng)歷由解碼器42執(zhí)行的解碼過程。解碼過程實質(zhì)上為如上所述的編碼過程的相反過程。為清楚起見，不闡述解碼過程但在圖11的流程圖中對其進行概述。在傳輸期間，如果M個頻率子帶中的少數(shù)幾個中的數(shù)據(jù)被破壞，則不應過分影響經(jīng)重建信號的質(zhì)量。這是因為相對較長的幀46(圖4)可俘獲足夠的頻譜信息以補償較少的數(shù)據(jù)缺陷。圖12和圖13分別為說明圖2的編碼區(qū)32和解碼區(qū)34的示范性硬件實施方案的示 意圖。首先參考圖12的編碼區(qū)32?？梢愿鞣N形式來建置或并入編碼區(qū)32，例如(僅列舉一 些實例)計算機、移動音樂播放器、個人數(shù)字助理(PDA)、無線電話等。編碼區(qū)32包含中央數(shù)據(jù)總線70，其將若干電路鏈接在一起。所述電路包括中央處理單元(CPU)或控制器72、輸入緩沖器76和存儲器單元78。在此實施例中，也包括傳輸 電路74。如果編碼區(qū)32為無線裝置的一部分，則傳輸電路74可連接到射頻(RF)電路但在此 圖中未圖示。傳輸電路74在將來自數(shù)據(jù)總線70的數(shù)據(jù)發(fā)送出電路區(qū)32之前處理并緩沖 所述數(shù)據(jù)。CPU/控制器72執(zhí)行數(shù)據(jù)總線70的數(shù)據(jù)管理功能且進一步執(zhí)行一般數(shù)據(jù)處理 功能，包括執(zhí)行存儲器單元78的指令內(nèi)容。不再如圖12中所示單獨安置，作為替代方案，傳輸電路74可為CPU/控制器72的 部分。輸入緩沖器76可連接到其它裝置(未圖示)，例如麥克風或記錄器的輸出。 存儲器單元78包括通常由參考標號77表示的一組計算機可讀指令。在此說明書和 所附權(quán)利要求書中，可互換地使用術(shù)語"計算機可讀指令"和"計算機可讀程序代碼"。 在此實施例中，指令尤其包括例如DCT功能78、開窗功能80、 FDLP功能82、量化器 功能84、熵編碼器功能86和包化器功能88的部分。(例如)在對圖3中所示編碼過程的描述中已描述了各種功能?，F(xiàn)參考圖13的解碼區(qū)34。同樣，如上文所述的編碼區(qū)32，可以各種形式建置或并 入解碼區(qū)34。解碼區(qū)34也具有中央總線90，其將各種電路連接在一起，例如CPU/控制器92、輸 出緩沖器96和存儲器單元97。此外，也可包括接收電路94。而且，如果解碼區(qū)34為無 線裝置的一部分，則接收電路94可連接到射頻電路(未圖示)。接收電路94在將來自數(shù)據(jù) 總線90的數(shù)據(jù)發(fā)送到電路區(qū)34之前處理并緩沖所述數(shù)據(jù)。作為替代方案，接收94可為 CPU/控制器92的部分，而并非如圖示單獨安置。CPU/控制器92執(zhí)行數(shù)據(jù)總線90的數(shù) 據(jù)管理功能且進一步執(zhí)行一般數(shù)據(jù)處理功能，包括執(zhí)行存儲器單元97的指令內(nèi)容。輸出緩沖器96可連接到其它裝置(未圖示)，例如揚聲器或放大器的輸入。存儲器單元97包括通常由參考標號99表示的一組指令。在此實施例中，指令尤其 包括例如解包化器功能98、熵解碼器功能100、解量化器功能102、 DCT功能104、合成 功能106和IDCT功能108的部分。(例如)在圖11中展示的編碼過程的描述中已描述各種功能。請注意，在圖12和圖13中分別單獨地展示編碼區(qū)32和解碼區(qū)34。在一些應用中， 編碼區(qū)32和解碼區(qū)34經(jīng)常一起實施。例如，在例如電話的通信裝置中，需要安裝編碼 區(qū)32和解碼區(qū)34。因此，在區(qū)之間通常可共用某些電路或單元。舉例來說，圖12的編碼區(qū)32中的CPU/控制器72可與圖13的解碼區(qū)34中的CPU/控制器92相同。同樣，圖 12中的中央數(shù)據(jù)總線70可連接到圖13中的中央數(shù)據(jù)總線90或與其相同。此外，分別 用于編碼區(qū)32和解碼區(qū)34中的功能的所有指令77和99可集中在一起且安置在類似于 圖12的存儲器單元78或圖13的存儲器單元97的存儲器單元中。在此實施例中，存儲器單元78或97是隨機存取存儲器(Random Access Memory, RAM) 電路。示范性指令部分78、 80、 82、 84、 86、 88、 98、 100、 102、 104、 106和108是軟 件常規(guī)程序或模塊。存儲器單元78或97可連接到可為易失性型或非易失性型的另一存 儲器電路(未圖示)。作為替代方案，存儲器單元78或97可由其它電路類型制成，例如電 可擦除可編程只讀存儲器(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, EEPROM)、電可編程只讀存儲器(Electrical Programmable Read Only Memory, EPROM)、 只讀存儲器(Read Only Memory, ROM)、磁盤、光盤和此項技術(shù)中眾所周知的其它電路。此外，存儲器單元78或97可為特殊應用集成電路(application specific integrated circuit, ASIC)。 BP,功能的指令或代碼77和99可經(jīng)硬連線或由硬件來設(shè)施，或其組合。 此外，所述功能的指令77和99不需要明顯地分為硬件或軟件實施。指令或代碼77和 97當然可實施在一裝置中作為軟件與硬件的組合。請進一步注意，如上文圖3和圖11中描述且展示的編碼和解碼過程也可編碼為在此 項技術(shù)中已知的任一計算機可讀媒體上承載的計算機可讀指令或程序代碼。在此說明書 和所附權(quán)利要求書中，術(shù)語"計算機可讀媒體"指代參與將指令提供到任一處理器(例如 分別在圖12或圖13中展示并描述的CPU/控制器72或92)以供執(zhí)行的任一媒體。此媒體 可為存儲器類型或可采用如先前(例如)分別對圖12和圖13中的存儲器單元78和97的描 述中所描述的易失性或非易失性存儲媒體的形式。此類媒體也可為傳輸類型且可包括同 軸電纜、銅線、光纜，和載運能夠載運可由機器或計算機讀取的信號的聲波、電磁波或 光波的空氣界面。在此說明書和所附權(quán)利要求書中，除非特別指定，否則載運信號的波 統(tǒng)稱為包括光波、電磁波和聲波的中波。最終，本發(fā)明的范疇內(nèi)的其它改變是可能的。在所描述的示范性實施例中，僅描繪 音頻信號的處理。然而，請注意，本發(fā)明并不限于此。對例如超聲波信號等其它類型信號的處理也是可能的。也請注意，本發(fā)明可非常好地用于廣播設(shè)定中，即可將來自一個 編碼器的信號發(fā)送到多個解碼器。此外，所描述的示范性實施例不需要僅限于在無線應用中使用。例如，常規(guī)有線電話當然可安裝有所描述的示范性編碼器和解碼器。此外， 在描述實施例的過程中使用列文遜-杜賓算法，也可使用用于估計預測的過濾器參數(shù)的此項技術(shù)中已知的其它算法。此外，所描述的變換操作不需涉及離散余弦變換，例如各種 類型的非正交和依賴于信號的變換的其它類型的變換也是可能的且在此項技術(shù)中是眾所 周知的。另外，結(jié)合實施例描述的任何邏輯區(qū)塊、電路和算法步驟可實施于硬件、軟件、 固件或其組合中。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，在不背離本發(fā)明的范疇和精神的情況下， 可對本發(fā)明進行形式和細節(jié)上的這些或其它改變。
權(quán)利要求
1.一種用于編碼信號的方法，其包含提供所述信號的頻率變換；將線性預測機制應用于關(guān)于所述頻率變換的頻域中以產(chǎn)生一組值；估計所述信號的載波頻率信息；以及包括所述組值和所述載波頻率信息作為所述信號的經(jīng)編碼數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述信號為時變信號的一部分，所述方法進一步 包含將所述時變信號的多個部分編碼為所述信號的所述經(jīng)編碼數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進一步包含在編碼之前將所述信號轉(zhuǎn)換為離散信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其進一步包含經(jīng)由通信信道發(fā)送所述信號的所述經(jīng)編 碼數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其進一步包含評估所述信號的頻率成分，且其后將所 述頻率成分的一部分選擇為所述信號的所述載波頻率信息。
6. —種用于解碼信號的方法，其包含-提供在所述信號的頻率變換的頻域中從線性預測機制產(chǎn)生的一組值；將所述組值變換為時域值；提供所述信號的載波頻率信息；以及包含所述時域值和所述載波頻率信息作為所述信號的經(jīng)解碼數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述信號是時變信號的一部分，所述方法進一步 包含將所述時變信號的多個部分解碼為所述信號的所述經(jīng)解碼數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其進一步包含將所述信號的所述經(jīng)解碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為時 變信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其進一步包含從通信信道接收從所述線性預測機制產(chǎn) 生的所述組值和所述載波頻率信息。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其進一步包含提供來自所述頻率信息的信號載波； 提供來自所述時域值的信號包絡；以及通過所述信號包絡將所述信號載波調(diào)制為所述信號的時變版本。
11. 一種用于估計時變信號的信號包絡的方法，其包含提供所述時變信號的頻域變換；將線性預測機制應用于關(guān)于所述頻域變換的頻域中以產(chǎn)生一組參數(shù)；以及 將所述組參數(shù)從所述頻域變換到時域以作為所述時變信號的所述信號包絡的估 計。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述時變信號進一步包括信號載波，所述方法進 一步包含通過評估所述時變信號的頻率成分來估計所述信號載波，且其后將所述頻 率成分的一部分選擇為所述時變信號的所述信號載波的另一估計。
13. —種用于編碼信號的設(shè)備，其包含用于提供所述信號的頻率變換的裝置；用于將線性預測機制應用于關(guān)于所述頻率變換的頻域中以產(chǎn)生一組值的裝置； 用于估計所述信號的載波頻率信息的裝置；以及用于包含所述組值和所述載波頻率信息作為所述信號的經(jīng)編碼數(shù)據(jù)的裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述信號為時變信號的一部分，所述設(shè)備進一 步包含用于將所述時變信號的多個部分編碼為所述信號的所述經(jīng)編碼數(shù)據(jù)的裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其進一步包含用于在編碼之前將所述信號轉(zhuǎn)換為離 散信號的裝置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其進一步包含用于經(jīng)由通信信道發(fā)送所述信號的所 述經(jīng)編碼數(shù)據(jù)的裝置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其進一步包含用于評估所述信號的頻率成分且其后 將所述頻率成分的一部分選擇為所述信號的所述載波頻率信息的裝置。
18. —種用于解碼信號的設(shè)備，其包含-用于提供在所述信號的頻率變換的頻域中從線性預測機制產(chǎn)生的一組值的裝置； 用于將所述組值變換為時域值的裝置； 用于提供所述信號的載波頻率信息的裝置；以及用于包含所述時域值和所述載波頻率信息作為所述信號的經(jīng)解碼數(shù)據(jù)的裝置。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述信號為時變信號的一部分，所述設(shè)備進一 步包含用于將所述時變信號的多個部分解碼為所述信號的所述經(jīng)解碼數(shù)據(jù)的裝置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其進一步包含用于將所述信號的所述經(jīng)解碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換為時變信號的裝置。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其進一步包含用于從通信信道接收從所述線性預測機制產(chǎn)生的所述組值和所述載波頻率信息的裝置。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其進一步包含-用于提供來自所述頻率信息的信號載波的裝置； 用于提供來自所述時域值的信號包絡的裝置；以及用于通過所述信號包絡將所述信號載波調(diào)制為所述信號的時變版本的裝置。
23. —種用于估計時變信號的信號包絡的設(shè)備，其包含用于提供所述時變信號的頻域變換的裝置；用于將線性預測機制應用于關(guān)于所述頻域變換的頻域中以產(chǎn)生一組參數(shù)的裝置； 以及用于將所述組參數(shù)從所述頻域變換到時域作為所述時變信號的所述信號包絡的 估計的裝置。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述時變信號進一步包括信號載波，所述設(shè)備 進一步包含用于通過評估所述時變信號的頻率成分來估計所述信號載波且其后將 所述頻率成分的一部分選擇為所述時變信號的所述信號載波的另一估計的裝置。
25. —種用于編碼信號的設(shè)備，其包含編碼器，其經(jīng)配置以提供所述信號的頻率變換，且將線性預測機制應用于關(guān)于所 述頻率變換的頻域中以產(chǎn)生一組值，且進一步估計所述信號的載波頻率信息；以及數(shù)據(jù)包化器，其連接到所述編碼器，以用于將所述組值和所述載波頻率信息包化 為所述信號的經(jīng)編碼數(shù)據(jù)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其進一步包含傳輸電路，所述傳輸電路連接到所述 數(shù)據(jù)包化器以用于經(jīng)由通信信道發(fā)送所述經(jīng)編碼數(shù)據(jù)。
27. —種用于解碼信號的設(shè)備，其包含-數(shù)據(jù)解包化器，其經(jīng)配置以解包化在所述信號的頻率變換的頻域中從線性預測機 制產(chǎn)生的一組值和所述信號的載波頻率信息；以及解碼器，其連接到所述數(shù)據(jù)解包化器，所述解碼器經(jīng)配置以將所述組值變換為時域值。
28. —種計算機程序產(chǎn)品，其包含物理上包含有計算機可讀程序代碼的計算機可讀媒體，所述計算機可讀程序代碼用于提供所述信號的頻率變換；將線性預測機制應用于關(guān)于所述頻率變換的頻域中以產(chǎn)生一組值； 估計所述信號的載波頻率信息；以及包含所述組值和所述載波頻率信息作為所述信號的經(jīng)編碼數(shù)據(jù)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述信號為時變信號的一部分，所 述計算機可讀媒體進一步包含用于將所述時變信號的多個部分編碼為所述信號的所述經(jīng)編碼數(shù)據(jù)的計算機可讀程序代碼。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀媒體進一步包含用 于在編碼之前將所述信號轉(zhuǎn)換為離散信號的計算機可讀程序代碼。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀媒體進一步包含用 于經(jīng)由通信信道發(fā)送所述信號的所述經(jīng)編碼數(shù)據(jù)的計算機可讀程序代碼。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀媒體進一步包含用 于評估所述信號的頻率成分且其后將所述頻率成分的一部分選擇為所述信號的所 述載波頻率信息的計算機可讀程序代碼。
33. —種計算機程序產(chǎn)品，其包含物理上包含有計算機可讀程序代碼的計算機可讀媒體，所述計算機可讀程序代碼 用于提供在所述信號的頻率變換的頻域中從線性預測機制產(chǎn)生的一組值；將所述組值變換為時域值；提供所述信號的載波頻率信息；以及包含所述時域值和所述載波頻率信息作為所述信號的經(jīng)解碼數(shù)據(jù)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述信號為時變信號的一部分，所 述計算機可讀媒體進一步包含用于將所述時變信號的多個部分解碼為所述信號的所述經(jīng)解碼數(shù)據(jù)的計算機可讀程序代碼。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀媒體進一步包含用 于將所述信號的所述經(jīng)解碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為時變信號的計算機可讀程序代碼。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀媒體進一步包含用 于從通信信道接收從所述線性預測機制產(chǎn)生的所述組值和所述載波頻率信息的計 算機可讀程序代碼。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述計算機可讀媒體進一步包含用 于以下操作的計算機可讀程序代碼-提供來自所述頻率信息的信號載波； 提供來自所述時域值的信號包絡；以及通過所述信號包絡將所述信號載波調(diào)制為所述信號的時變版本。
38. —種用于估計時變信號的信號包絡的計算機程序產(chǎn)品，其包含物理上包含有計算機可讀程序代碼的計算機可讀媒體，所述計算機可讀程序代碼 用于提供所述時變信號的頻域變換；將線性預測機制應用于關(guān)于所述頻域變換的頻域中以產(chǎn)生一組參數(shù)；以及 將所述組參數(shù)從所述頻域變換到時域以作為所述時變信號的所述信號包絡的 估計。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的計算機程序產(chǎn)品，其中所述時變信號進一步包括信號載波， 所述計算機可讀媒體進一步包含用于通過評估所述時變信號的頻率成分來估計所 述信號載波且其后將所述頻率成分的一部分選擇為所述時變信號的所述信號載波 的另一估計的計算機可讀程序代碼。
40. —種包含在中波中的信號，其包含.-第一信號部分，其包含在時變信號的頻域中從線性預測機制產(chǎn)生的一組值的計算 機可讀數(shù)據(jù)；以及第二信號部分，其包含所述時變信號的載波信息的計算機可讀數(shù)據(jù)，所述第二信 號部分與所述第一信號部分耦合。
41. 一種包含在中波中的信號，其包含信號載波，其是從時變信號估計出；以及信號包絡，其調(diào)制所述信號載波，所述信號包絡是從頻域變換的時域變換中形成， 所述信號包絡是在所述時變信號的頻域中從線性預測機制中產(chǎn)生。
全文摘要
在一種設(shè)備和方法中，經(jīng)由頻域線性預測(FDLP)機制來處理并編碼時變信號，以達到全極點模型。估計從所述機制產(chǎn)生的殘余信號。將所述全極點模型和所述殘余信號的經(jīng)量化值包化為適合于傳輸或存儲的經(jīng)編碼信號。為重建所述時變信號，解碼所述經(jīng)編碼信號。解碼過程基本上為編碼過程的相反過程。
文檔編號G10L19/02GK101331540SQ200680047169
公開日2008年12月24日 申請日期2006年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者哈里納特·加魯達德里, 彼得·莫特利采克, 海尼克·赫曼斯基, 納維恩·B·斯里尼瓦沙穆爾蒂 申請人:高通股份有限公司