專利名稱：復雜度減小的信號傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括經傳輸信道將輸入信號傳輸?shù)浇邮諜C的發(fā)射機的傳輸系統(tǒng)，該發(fā)射機包括具有用于產生若干激勵序列的激勵序列發(fā)生器的編碼器，用于從若干激勵信號中選擇一個激勵序列以使導自所說激勵序列的合成信號與來自輸入信號的目標信號間誤差最小的選擇設備，發(fā)射機被用來向接收機發(fā)送代表所選激勵序列的信號，接收機包括具有用于從代表所選激勵序列的信號中導出所選激勵序列的激勵序列發(fā)生器的解碼器，以及用于從激勵序列中導出合成信號的合成濾波器。
本發(fā)明還涉及發(fā)射機、編碼器、傳輸方式和編碼方法。
根據(jù)序言的傳輸系統(tǒng)從W.Grieder等人發(fā)表在現(xiàn)代環(huán)境中的通信、計算機和能源會議錄，Saskatoon，加拿大，1993年5月17～18，pp.397～406，IEEE Wescanex1993中的論文《用于4.8kbps CELP語音編碼的碼本搜索》中已知。
這種傳輸系統(tǒng)可用于經諸如無線信道、同軸電纜或光纖等傳輸介質的語音信號傳輸。這種傳輸系統(tǒng)還可用于在諸如磁帶或盤等記錄介質上記錄語音信號。還有可能的應用是自動答錄機或錄音機。
在現(xiàn)代語音傳輸系統(tǒng)中，常使用利用合成技術的分解對所傳輸?shù)恼Z音信號編碼。在該技術中，通過由若干激勵序列激勵的合成濾波器產生合成信號。合成語音信號對若干激勵序列是確定的，并且代表合成信號與導自輸入信號的目標信號間誤差的誤差信號也是確定的。導致最小誤差的激勵序列被選中并以編碼形式傳輸?shù)浇邮諜C。
在接收機中，激勵序列被恢復，并且通過在合成濾波器上施加激勵序列產生合成信號。該合成信號和發(fā)射機輸入信號一模一樣。
為了獲得高質量的信號傳輸，選擇中涉及大量(如1024)激勵序列。在語音編碼情況中，激勵序列通常是持續(xù)2-5ms的一段。在16KHz的抽樣頻率時，這意味著32～80個抽樣。合成濾波器的參數(shù)通常從代表輸入信號特性的解析參數(shù)中導出。在語音編碼中所用解析參數(shù)基本上就是所謂的預測參數(shù)。預測參數(shù)的數(shù)目從10到50不等，因而合成濾波器的階數(shù)也如此。
必須對所有激勵序列計算合成語音信號導致相當大的計算負擔。
本發(fā)明的目標是根據(jù)序言提供一個大大減小計算負擔的傳輸系統(tǒng)。
因此，依照本發(fā)明的運輸系統(tǒng)特征在于包括從輸入信號得出剩余序列的解析濾波器的編碼器，其特征還在于包括從大量激勵序列中選出若干與剩余序列有最大相似處的激勵序列的激勵序列選擇設備的編碼器。
本發(fā)明基于這樣的認識，通過使用濾波后目標信號或殘余信號進行可能的激勵序列的預選可以大大減小傳輸系統(tǒng)的復雜度。所選激勵序列是那些與濾波后目標信號(或殘余信號)最相似的。實驗表明，在不影響選擇過程質量的條件下采用20-180之間的系數(shù)可以減小編碼器復雜度。
我們發(fā)現(xiàn)R.A.Salami的文章《二進制脈沖激勵降低CELP編碼復雜度的新途徑》，發(fā)表在由B.Atal，V.Cupermann和A.Gersho所編的、Kluwer專業(yè)出版社出版、ISBN0-7923-9091-1的《語音編碼發(fā)展》一書的145至156頁上，公開了來自較大碼本的局部碼本的結構。然而在這篇文章中沒有說明激勵序列是從它們和殘余信號相似的觀點來選擇的，而是從一個被認為近似最佳的所選激勵序列來導出的。
本發(fā)明的一個實施例特征在于，激勵序列包括由預定數(shù)目零抽樣值相隔的非零抽樣值，其特征還在于，激勵序列選擇設備被用來從殘余信號確定若干激勵序列中非零抽樣值的位置。
使用由預定數(shù)目零值分隔的等距離脈沖將使得激勵序列濾波的計算復雜度減小。通過首先選擇將在進一步選擇時考慮的激勵序列中的非零抽樣的位置，進一步選擇時涉及的激勵序列的數(shù)目會大大減小。這將使得所需的計算復雜度明顯減小。
本發(fā)明的另一個實施例的特征在于，激勵序列包括三進制激勵抽樣，還在于激勵序列選擇設備被用于選擇信號抽樣符號與殘余序列中相應抽樣符號相同的激勵序列。
采用三進制樣值的結果是低計算復雜度，因為用在三進制信號濾波中的相乘只包含和+1，0和-1的相乘，它可以很容易地實現(xiàn)。
現(xiàn)在將參考附圖來解釋本發(fā)明。


圖1，一個可應用本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)；圖2，根據(jù)本發(fā)明的編碼器；
圖3，用于從主序列中預選若干激勵序列的自適應碼本選擇設備的一部分；圖4，用于選擇至少一個更進一步激勵序列的選擇設備的一部分；圖5，根據(jù)本發(fā)明的激勵序列選擇設備；圖6，根據(jù)本發(fā)明的固定碼本選擇設備；圖7，根據(jù)圖1的傳輸系統(tǒng)中采用的解碼器。
根據(jù)圖1的傳輸系統(tǒng)中，輸入信號施加于發(fā)射機2。發(fā)射機2中，根據(jù)本發(fā)明輸入信號由編碼器編碼。編碼器4的輸出信號施加于傳輸設備6的輸入，以通過傳輸介質8將編碼器4的輸出信號傳輸?shù)浇邮諜C10。傳輸設備的操作可包括調制來自編碼器的(二進制)信號，可能以二進制形式調制在適于傳輸介質8的載波信號上。在接收機10，接收到的信號由前端12轉換成適于解碼器14的信號。前端12的操作可包括濾波、二進制符號的解調與檢測。解碼器14從前端12的輸出信號中導出重構的輸入信號。
在根據(jù)圖2的編碼器中，載有數(shù)字化輸入信號抽樣i[n]的編碼器4的輸入被連到成幀設備20的輸入上。載有輸出信號x[n]的成幀設備的輸出被連到高通濾波器22上。高通濾波器22的輸出，載有輸出信號s[n]，被連到感覺加權濾波器32和LPC分析器24的輸入上。LPC分析器24的第一個輸出載有輸出信號r[k]被連到量化器26上。LPC分析器的第二個輸出為減小復雜度的合成濾波器帶有濾波器系數(shù)af。
量化器26的輸出載有輸出信號C[k]，被連接到內插器28的輸入和多路復用器59的第一個輸入上。內插器28的輸出載有信號aq[k][s]被連接到感覺加權濾波器32的第二輸入上，零輸入響應濾波器34的輸入上，和脈沖響應計算器36的輸入上。感覺加權濾波器32的輸出載有信號W[n]被連到減法器38的第一輸入上。零輸入響應濾波器34的輸出載有輸出信號Z[n]被連接到減法器38的第二輸入上。
減法器38的輸出載有目標信號t[n]被連接到自適應碼本選擇設備40的輸入上，自適應碼本預選設備42的輸入上，和減法器41的輸入上。脈沖響應計算器36的輸出載有輸出信號h[n]被連到自適應碼本選擇設備40的輸入上，自適應碼本預選設備42的輸入上，固定碼本選擇設備44的輸入上和進一步被稱為固定碼本預選設備46的激勵信號選擇設備的輸入上。自適應碼本預選設備42的輸出載有輸出信號ia[k]被連接到自適應碼本選擇設備40的輸入上。自適應碼本預選設備42，自適應碼本選擇設備40，固定碼本預選設備46和固定碼本選擇設備44的組合構成選擇設備45。
自適應碼本選擇設備的第一個輸出載有輸出信號Ga被連到多路復用器59的第二個輸入上，以及乘法器52的第一個輸入上。自適應碼本選擇設備的第二個輸出載有輸出信號Ia被連到多路復用器59的第三個輸入上和自適應碼本48的一個輸入上。自適應碼本選擇設備40的第三個輸出載有輸出信號p[n]被連接到減法器41的第二個輸入上。
減法器42的輸出載有輸出信號e[n]被連到固定碼本選擇設備44的第二個輸入上和固定碼本預選設備46的第二個輸入上。固定碼本預選設備46的輸出載有輸出信號if[k]被連到固定碼本選擇設備44的第三個輸入上。固定碼本選擇設備的第一個輸出載有輸出信號Gf被連到乘法器54的第一輸入上和多路復用器59的第四個輸入上。固定碼本選擇設備44的第二個輸出載有輸出信號P被連到激勵發(fā)生器50的第一個輸入上和多路復用器59的第五個輸入上。固定碼本選擇設備44的第三個輸出載有輸出信號L[k]被連到激勵發(fā)生器50的第二個輸入上和多路復用器59的第六個輸入上。激勵發(fā)生器50的輸出載有輸出信號yf[n]被連到乘法器54的第二個輸入上。自適應碼本48的輸出載有輸出信號ya[n]被連到乘法器52的第二個輸入上。乘法器52的輸出被連到加法器56的第一個輸入上。乘法器54的輸出被連到加法器56的第二個輸入上。加法器56的輸出載有輸出信號yaf[n]被連到存儲器更新單元58上，后者與自適應碼本48相連接。
多路復用器59的輸出形成編碼器59的輸出。
根據(jù)圖2的編碼器的實施例是在輸入信號為頻率范圍從0～7KHz的寬帶語音信號的假定條件下說明的。假設抽樣速率為16KHz。然而可以看到本發(fā)明并不僅限于這種信號類型。
在成幀設備20中語音信號i[n]被分成N個信號抽樣x[n]的序列，也叫幀。這種幀的長度一般為10～30ms。通過高通濾波器22成幀信號的DC成分被濾除，使得在高通濾波器22的輸出端可得到無DC的信號。通過線性預測分析器24可確定K個線性預測系數(shù)a[k]。對窄帶語音K一般在8和12間，對寬帶語音K一般在16到20間，但是這些典型值以外的值也是可能的。線性預測系數(shù)被用于后面將說明的合成濾波器中。
為了計算預測系數(shù)a[k]先把信號s[n]用漢明窗加權以獲得加權信號SW[n]。通過先計算自動相關系數(shù)，再執(zhí)行遞歸確定a[k]值的Levinson-Durbin算法來從信號SW[n]中導出預測系數(shù)a[n]。第一步遞歸的結果被存為af以用于降低復雜度的合成濾波器中。另一方面也可能存儲第二步遞歸的結果af1和af2做為降低復雜度的合成濾波器的參數(shù)?？梢钥闯鋈绻捎枚A復雜度的合成濾波器，就可能只進行預選。采用全復雜度的合成濾波器的選擇便可省去。為了消除由預測參數(shù)a[k]代表的譜包絡中的極尖銳的峰值，可執(zhí)行擴頻操作將每個系數(shù)a[k]乘上值γk。修正預測系數(shù)ab[k]變換成log區(qū)比率r[k]。
為了減少用于將log區(qū)比率傳輸?shù)浇邮諜C的比特數(shù)，量化器26將log區(qū)比率以非歸一化方式量化。量化器26生成信號C[k]，代表log區(qū)比率的量化級。
為了選擇合成濾波器的最佳激勵序列，幀s[n]被分成S個子幀。為了得到光滑有濾波器躍遷，內插器28對每一子幀在當前系數(shù)C[k]和過去系數(shù)Cp[k]間內插，并將相應的log區(qū)比率轉換回預測參數(shù)aq[k][s]。S等于當前子幀的系數(shù)。
在合成編碼器的分析中，語音信號幀(或子幀)與多個合成語音幀比較，每個合成語音幀相應于合成濾波器濾波的不同激勵序列。合成濾波器的傳遞函數(shù)等于1/A(z)，其中A(z)等于A(z)=l-Σk=0P-1aq[k][s]·z-k-1----(1)]]>在(1)中P為預測階數(shù)，k為運行的指數(shù)，z-1是單位延遲算子。
為了解決人類聽覺系統(tǒng)的感覺特性，語音幀和合成語音幀間的差異由具傳遞函數(shù)A(z)/A(z/γ)的感覺加權濾波器來濾波。γ為常數(shù)一般取值0.8左右。被選的最佳激勵信號是使感覺加權濾波器輸出信號功率最小的激勵信號。
在多數(shù)語音編碼器中，感覺加權濾波器的操作先于比較操作。這意味著，語音信號必須由傳遞函數(shù)為A(z)/A(z/γ)的濾波器濾波，并且該合成濾波器必須由傳遞函數(shù)為1/A(z/γ)的修正合成濾波器代替?？梢钥吹?，其它類型的感覺加權濾波器也可采用，如具有傳遞函數(shù)A(z/γ1)/A(z/γ2)的。感覺加權濾波器32依據(jù)上面討論的傳遞函數(shù)A(z)/A(z/γ)進行語音信號的濾波。感覺加權濾波器32的參數(shù)每一子幀都由內插預測參數(shù)aq[k][s]更新?？梢钥吹剑景l(fā)明的范圍包括感覺加權濾波器的傳遞函數(shù)的所有變體以及感覺加權濾波器的所有狀態(tài)。
修正的合成濾波器的輸出信號也依賴于從前面子幀中選出的激勵序列。依賴于當前激勵序列和過去激勵序列的合成語音信號的部分可以分開。因為零輸入濾波器的輸出信號獨立于當前激勵序列，它可被移至語音信號路徑就象圖2中對濾波器34所做一樣。
因為修正合成濾波器的輸出信號從感覺加權語音信號中被減掉，零輸入響應濾波器34的信號也被從感覺加權語音信號中減掉。這一減法由減法器38執(zhí)行。在減法器38的輸出端可得到目標信號t[n]。
編碼器4包括一個本地解碼器30。本地解碼器30包括連續(xù)存儲若干以前選擇的激勵序列的自適應碼本48。用自適應碼本索引Ia對自適應碼本48尋址。自適應碼本48的輸出信號ya[n]由乘法器52按增益系數(shù)Ga改變。本地解碼器30還包括用于生成若干預定激勵序列的激勵發(fā)生器50。激勵序列yf[n]是所謂規(guī)則脈沖激勵序列。它包括由一些零值抽樣分隔開的若干激勵抽樣。激勵抽樣的位置由參數(shù)PH(相位)表示。激勵抽樣有-1，0和+1中的一個值。激勵抽樣的值由變量L[k]給定。激勵發(fā)生器50的輸出信號yf[n]由乘法器54按增益系數(shù)Gf改變。乘法器52和54的輸出信號由加法器56加到激勵信號yaf[n]上。這個信號yaf[n]被存在自適應碼本48中以備用于下一個子幀。
在自適應碼本預選設備42中確定了一個減小了的激勵序列集。這些序列的索引ia[k]被送至自適應選擇設備40。在自適應碼本預選設備42中，依據(jù)本發(fā)明采用了一階降低復雜度的合成濾波器。而且不是考慮所有可能的激勵序列，而是至少具有兩個位置上有相互位移的少量的激勵序列。好的選擇是位移范圍在2至5內。所用合成濾波器的復雜度的降低以及所考慮的激勵序列的數(shù)目的減少使編碼器的復雜度大大降低。
自適應碼本選擇設備40被用來從預選激勵序列中導出最佳激勵序列。在這一選擇中采用全復雜度合成濾波器，并且只嘗試少量的在預選激勵序列左右的激勵序列。所試激勵序列間的位移小于用在預選中的位移。依據(jù)本發(fā)明位移為1被用在編碼器中。由于涉及到的激勵序列數(shù)目小，最終選擇的附加復雜度很低。自適應碼本選擇設備還生成信號p[n]，它是一個合成信號，經過加權合成濾波器對存儲的激勵序列濾波并將合成信號乘上Ga值后得到。
減法器41從目標信號t[n]中減去信號p[n]以得到差信號e[n]。在固定碼本預選設備46中從信號e[n]中導出反向濾波目標信號tf[n]。從可能的激勵序列中，和濾波目標信號最相似的激勵序列被預選出，它們的索引if[k]被傳至固定碼本選擇設備46。固定碼本選擇設備44執(zhí)行從固定碼本預選設備46預選出的激勵信號中對最佳信號的搜索。在這一搜索中采用全復雜度合成濾波器。信號c[k]，Ga，Ia，Gf，PH和L[k]被多路復用器59復用成單一輸出流。
沖激響應值h[n]由沖激響應計算器36依照下面的遞歸式從預測參數(shù)aq[k][s]中算出h[n]＝0；n＜0h[n]＝1；n＝0h[n]=Σi=0P-1h[n-l-i]·aq[i][s]γi+1;l≤n<Nm---(2)]]>(2)中Nm是所需沖激響應長度。在本系統(tǒng)中該長度等于子幀中的抽樣數(shù)目。
在依照圖3的自適應碼本預選設備42中，目標信號t[n]被加載到時間反向器50的輸入端上。時間反向器50的輸出連到零狀態(tài)濾波器52的輸入上。零狀態(tài)濾波器52的輸出連接到時間反向器54的輸入上。時間反向器54的輸出連接到互相關器56的第一輸入上?；ハ嚓P器56的輸出連接到除法器64的第一輸入上。
自適應碼本48的輸出連接到互相關器56的第二輸入上，另外還通過選擇開關49連到降低復雜度的零狀態(tài)合成濾波器60的輸入上。選擇開關的另一端也連在存儲器更新單元58的輸出上。降低復雜度的合成濾波器60的輸出連到能量估值器62的輸入上。能量估值器62的輸出連在能量表63的輸入上。能量表63的輸出連在除法器64的第二輸入上。除法器64的輸出連在峰值檢測器65的輸入上，而峰值檢測器65的輸出連在選擇器66的輸入上。選擇器66的第一輸出連在選擇不同激勵序列的自適應碼本48的輸入上。選擇器66的第二輸出載有代表從自適應碼本中預選出的激勵序列的信號被連在自適應碼本48的選擇輸入上和能量表63的選擇輸入上。
自適應碼本預選設備42被用于從自適應碼本和相應增益系數(shù)ga中選擇激勵序列。這一操作可寫作使誤差信號ε最小，ε等于
(3)中Nm是子幀中的抽樣數(shù)，y[l][n]是零狀態(tài)合成濾波器對激勵序列ca[l][n]的響應。通過將(3)式對ga求導并令導數(shù)為零可得到ga的最佳值ζ∃=Σn=0Nm-1t[n]·y[l][n]Σn=0Nm-1y2[l][n]---(4)]]>將(4)代入(3)可得
使
最小相應于(5)中第二項f[l]對l取最大值。f[l]也可寫為f[l]=[Σn=0Nm-1t[n]·[l][n]]2Σn=0Nm-1y2[l][n]=[Σn=0Nm-1t[n]·(Σi=0Nm-1ca[l][i]·h[n-i])]2Σn=0Nm-1y2[l][n]----(6)]]>(6)中h[n]是圖3中濾波器52的脈沖響應，如(2)中計算。(6)也可寫為f[l]=[Σi=0Nm-1ca[l][i]·(Σn=0Nm-1t[n]·h[n-i])]2Σn=0Nm-1y2[l][n]=[Σi=0Nm-1ca[l][i]·ta[i]]2Σn=0Nm-1y2[l][n]----(7)]]>(7)被用于自適應碼本的預選中。使用(7)的優(yōu)點是為了確定(7)中的分子對所有碼本輸入來說只需一個濾波器操作。使用(6)則對預選中涉及的每個碼本輸入都需要一個濾波器操作。為了確定(7)的分母，其計算仍需濾波所有碼本輸入，采用降低復雜度的合成濾波器。
f[l]的分母Ea是涉及由降低復雜度的合成濾波器60濾波的激勵序列的能量。試驗表明單濾波器系數(shù)變換相當慢，所以只需每幀更新一次。也可能每幀只計算一次激勵序列的能量，但這需要稍稍修改選擇程序。為從自適應碼本中預選出激勵序列，從(7)中導出的rap[i·Lm+l]值可依據(jù)下式計算rap[i·Lm+L]=[Σn=0Nm-1ca[Lmin+i·Lm+l·Sa-n]·ta[n]]2Ea[i·Lm+l]----(8)]]>(8)中i和l為運行參數(shù)，Lmin是所考慮語音信號的最小可能高音期間，Nm是每一子幀的抽樣數(shù)，Sa是相繼激勵序列間位移，以及Lm是定義每子幀存儲能量值數(shù)的常數(shù)，它等于i+(Nm-l)/Sa。根據(jù)(8)的搜索對于0≤1＜Lm和0≤i＜S執(zhí)行。搜索被安排為總是包括與自適應碼本48中先面所寫激勵序列開始相對應的第一碼本入口。這允許重復使用存在能量表63中的以前計算的能量值Ea。
在更新自適應碼本48的情形下，前面子幀所選激勵信號yaf[n]存在于存儲器更新單元58中。選擇開關49在位置0，并且最新獲得的激勵序列由降低復雜度的合成濾波器60濾波。新濾波的激勵序列的能量值被存在Lm存儲器位置。已存在于存儲器63中的能量值向下移位。最先的Lm能量值從存儲器63中移出，因為相應的激勵序列已不再存在于自適應碼本中了。目標信號ta[n]由時間反向器50、濾波器52和時間反向器54的組合體算出。相關器56計算(8)的分子，而除法器64執(zhí)行(8)的分子除以(8)的分母。峰值檢測器65確定給出(8)式Pa最大值的碼本的索引。選擇器66把峰值檢測器56找到的Pa序列的鄰近激勵序列的索引相加并把所有這些索引送給自適應碼本選擇器40。
在幀的中間(已過s/2子幀后)af的值被更新。接著選擇開關置于位置1，并且所有與涉及自適應碼本預選的激勵序列相應的能量值被重新計算并存在存儲器63中。
根據(jù)圖4的自適應碼本選擇器40中，自適應碼本48的輸出連在(全復雜度)零狀態(tài)合成濾波器70的輸入上。合成濾波器70從計算器36接收其沖激響應參數(shù)。合成濾波器70的輸出連在相關器72的輸入上和能量估值器74的輸入上。目標信號t[n]被加在相關器72的第二輸入上。相關器72的輸出連在除法器76的第一輸入上。能量估值器74的輸出連在除法器76的第二輸入上。除法器76的輸出連在選擇器78的第一輸入上。預選激勵序列的索引ia[k]被加在選擇器78的第二輸入上。選擇器的第一輸出連在自適應碼本48的選擇輸入上。選擇器78的另兩個輸出提供輸出信號Ga和Ia。
最佳激勵序列的選擇對應ra[r]項的求最大值。所說ra[r]項等于ra[r]=[Σn=0Nm-1t[n]·y[r][n]]2Σn=0Nm-1y2[r][n]---(9)]]>(9)對應(5)中的f[l]項。信號y[r][n]由濾波器70從激勵序列中得出。濾波器70的初始狀態(tài)在激勵序列被濾波前每次都設為零。假定變量ia[r]包含預選激勵序列的索引，而它們的鄰近索引在以遞增順序排列。這表明ia[r]包含Pa個子序列索引組，每組包括Sa個自適應碼本的連續(xù)索引。對具有每組第一個索引的碼本入口，y[r·Sa][n]根據(jù)下式計算y[r·sa][n]=Σl=0nh[n-l]·ca[ia[r·Sa]-l];0≤n<Nm---(10)]]>由于相同的激勵抽樣只有一個涉及y[r·Sa+1][n]的計算，y[r·Sa+1][n]的值可從y[r·Sa][n]遞歸地確定。該遞歸式可被用于具有一組中一個索引的全部激勵序列。該遞歸式一般可寫作y[r·Sa+i+1][n]＝y(tǒng)[r·Sa+i][n-1]+h[n]·ca[ia[r·Sa+i+1]] (11)相關器72從濾波器70的輸出信號和目標信號t[n]中確定(9)的分子。能量估值器74確定(9)的分母。在除法器的輸出端可得到(9)式的值。選擇器78使用對所有預選索引計算(9)并存儲自適應碼本48的最佳索引Ia。接著選擇器依據(jù)下式計算增益值gg=Σn=0Nm-1t[n]·y~[n]Σn=0Nm-1y~2[n]----(12)]]>(12)中
是濾波器70對索引為Ia的所選激勵序列的響應。增益因子g由一非歸一化量化操作來量化成量化增益因子Ga，Ga出現(xiàn)在選擇器78的輸出上。選擇器78還根據(jù)下式輸出自適應碼本的成分p[n]到合成信號p[n]=Ga·y~[n]---(13)]]>在根據(jù)圖5的固定碼本預選設備中，信號e[n]被加在反向濾波器80的輸入上。反向濾波器80的輸出連在相關器86的第一輸入上和相位選擇器82的輸入上。相位選擇器的輸出連在幅度選擇器84的輸入上。幅度選擇器84的輸出連在相關器86的第二輸入上和降低復雜度的合成濾波器88的輸入上。降低復雜度的合成濾波器88的輸出連在能量估值器90的輸入上。
相關器86的輸出連在除法器92的第一輸入上。能量估值器90的輸出連在除法器92的第二輸入上。除法器92的輸出連在選擇器94的輸入上。在選擇器的輸出端可得到固定碼本預選激勵序列的索引if[k]。
反向濾波器80從信號e[n]中算出反向濾波信號tf[n]。反向濾波器的工作與圖3中自適應碼本預選設備42中的反向濾波操作的有關描述一樣。固定碼本被安排成所謂的三進制RPE碼本(規(guī)則脈沖激勵)，即碼本包括由預定數(shù)目零值相隔的若干等距離脈沖。三進制RPE碼本有Nm個脈沖，其中Np個脈沖有+1，0或-1幅值。這Np個脈沖定位在由相位pH和脈沖間距D定義的規(guī)律格柵上，0≤PH＜D。格柵位置POS由pH+D·l給出，0≤l＜Np。其余的Nm-Np個脈沖為零。上面定義的三進制RPE碼本有D·(3Np-1)個入口。為降低復雜度，為每一子幀生成一個包含Nf個入口的子集的本地RPE碼本。該本地RPE碼本的所有激勵序列都具有相同的相位pH，該pH值是相位選擇器82經過遍搜0≤pH＜D間隔找到使下式最大的pH值來確定的Σl=0Np-1|tf[PH+D·l]|----(14)]]>在幅度選擇器84中填充兩個數(shù)組。第一個數(shù)組，amp包括等于sign(tf[pH+D·l])的變量amp[l]，其中sign是符號函數(shù)。第二個數(shù)組，pos[l]包括代表|tf[pH+D·l]|最大值Nz的標志。對這些值激勵脈沖不允許有零值。接著用Nf個激勵序列填充二維數(shù)組cf[k][n]，該序列具有相位pH，并具有分別滿足數(shù)組amp和pos內容提出的要求的抽樣值。這些激勵序列是與殘余序列最相似的激勵序列，在此由反向濾波信號tf[n]表示。
候選激勵序列的選擇和自適應碼本預選設備42中使用的原理相同。相關器86計算反向濾波信號tf[n]和預選激勵序列間的相關值。(降低復雜度)合成濾波器88被用于對激勵序列濾波，能量估值器90計算濾波后激勵序列的能量。除法器用與激勵序列相應的能量除以相關值。選擇器94選擇除法器92的輸出信號最大值Pf的激勵序列，并將候選激勵序列的相應索引存在數(shù)組if[k]中。
在根據(jù)圖6的固定碼本選擇設備44中，簡化碼本94的輸出連在合成濾波器96的輸入上。合成濾波器96的輸出連在相關器98的第一輸入上和能量估值器100的輸入上。信號e[n]被加在相關器98的第二輸入上。相關器98的輸出連在乘法器108的第一輸入上和除法器102的第一輸入上。能量估值器100的輸出連在除法器102的第二輸入上和乘法器112的輸入上。除法器102的輸出連在量化器104的輸入上。量化器104的輸出連在乘法器105的輸入上和平方器110的輸入上。
乘法器105的輸出連在乘法器108的第二輸入上。平方器110的輸出連在乘法器112的第二輸入上。乘法器108的輸出連在減法器114的第一輸入上，乘法器112的輸出連在減法器114的第二輸入上。減法器114的輸出連在選擇器116的輸入上。選擇器116的第一輸出連在簡化碼本94的選擇輸入上。選擇器116的三個輸出輸出信號P，L[k]和Gf提供固定碼本搜索的最終結果。
在固定碼本選擇設備44中，進行最佳激勵序列的閉環(huán)搜索。該搜索包括確定使表達式rf[r]最大的索引r。rf[r]等于rf[r]=2·Gf·Σn=0Nm-1e[n]·[r][n]-Gf2·Σn=0Nm-1y2[r][n]---(15)]]>(15)中y[r][n]是濾波激勵序列，Gf是最佳增益因子g的量化值，g等于g=Σn=0Nm-1e[n]·y[r][n]Σn=0Nm-1y2[r][n]----(16)]]>(15)是通過對ε擴展表達式，消除不依賴r的項，并用量化增益Gf代替最佳增益g后得到的。信號y[r][n]可依下式計算y[r][n]=Σj=0nh[n-j]·cf[if[r][j];0≤n<Nm----(17)]]>因為對于j＝P+D·l(0≤l＜Np)，cf[if[r]][j]只能有非零值，(17)可簡化為y[r][n]=Σl=0n-PDh[n-P-D·l]·cf[r][P+D·l]----(18)]]>(18)的確定由濾波器98執(zhí)行。(15)的分子由相關器98確定，(15)的分母由能量估值器100算出。在除法器102的輸出端可得到g值。g值由量化器104量化成Gf。在乘法器108的輸出端可得(15)的第一項，在乘法器112的輸出端可得(15)的第二項。表達式rf[r]可在減法器114的輸出端得到。選擇器116選擇使(15)最大的r值，并在其輸出端提供增益Gf，非零激勵脈沖的幅度L[k]，以及激勵序列的最佳相位pH。
根據(jù)圖7的解碼器14的輸入信號，被加在信號解復用器118的輸入上。信號解復用器118的第一輸出載有信號c[k]連在內插器130的輸入上。信號解復用器118的第二輸出載有信號Ia連在自適應碼本120的輸入上。自適應碼本120的輸出連在乘法器124的第一輸入上。信號解復用器118的第三輸出載有信號Ga連在乘法器124的第二輸入上。信號解復用器118的第四輸出載有信號Gf連在乘法器126的第一輸入上。信號解復用器118的第五輸出載有信號pH連在激勵發(fā)生器122的第一輸入上。信號解復用器118的第六個輸出載有信號L[k]連在激勵發(fā)生器122的第二輸入上。激勵發(fā)生器的輸出連在乘法器126的第二輸入上。乘法器124的輸出連在加法器128的第一輸入上，乘法器126的輸出連在加法器128的第二輸入上。
加法器128的輸出連在合成濾波器132的第一輸入上。合成濾波器的輸出連在后期濾波器134的第一輸入上。內插器130的輸出連在合成濾波器132的第二輸入上和后期濾波器134的第二輸入上。解碼輸出信號可在后期濾波器134的輸出端得到。
自適應碼本120根據(jù)每一子幀的索引Ia生成激勵序列。所說激勵信號由乘法器124按增益因子Ga改變。根據(jù)每一子幀的相位pH和幅值L[k]，激勵發(fā)生器122生成激勵序列。來自激勵發(fā)生器122的激勵信號由乘法器126按增益因子Gf改變。乘法器124和126的輸出信號由加法器128相加以得到完整的激勵信號。該激勵信號反饋回自適應碼本120以改變其內容。在每一子幀都更新的內插預測參數(shù)aq[k][s]的控制下，合成濾波器132從加法器128輸出端的激勵信號中導出合成語音信號。內插預測參數(shù)aq[k][s]由參數(shù)C[k]的內插和內插C[k]參數(shù)向預測參數(shù)的轉換來得出。后期濾波器134用于增強語音信號的感覺質量。其傳遞函數(shù)為F(z)=G[s]·1-Σi=0P-10.65i+1·aq[i][s]·z-(i+1)1-Σi=0P-10.75i+1·aq[i][s]·z-(i+1)·(1-0.3·z-1)----(19)]]>(19)中G[s]是用于補償后期濾波器134的濾波器函數(shù)的不同衰減的增益因子。
權利要求
1.傳輸系統(tǒng)包括經傳輸信道將輸入信號傳送到接收機的發(fā)射機，該發(fā)射機包括編碼器，它具有用于生成若干激勵序列的激勵序列發(fā)生器、選擇設備用于從若干激勵信號中選擇一個激勵序列以使得從該激勵序列導出的合成信號和從輸入信號導出的目標信號間誤差最小，發(fā)射機被用來向接收機發(fā)送代表所選激勵序列的信號；接收機包括解碼器，它具有用于從代表所選激勵序列的信號中導出所選激勵序列的激勵序列發(fā)生器，以及用于從激勵序列中導出合成信號的合成濾波器，其特征在于，編碼器包括用于從輸入信號導出殘余序列的分解濾波器，其特征在于，編碼器包括用于從大量激勵序列中選出與殘余序列最相似的若干激勵序列的激勵序列選擇設備。
2.根據(jù)權利要求1的傳輸系統(tǒng)，其特征在于，激勵序列包括由預定數(shù)目的零抽樣值相隔的非零抽樣值，還在于激勵序列選擇設備被安排為從殘余信號確定若干激勵序列中非零抽樣值的位置。
3.根據(jù)權利要求1或2的傳輸系統(tǒng)，其特征在于，激勵序列包括三進制激勵抽樣，還在于激勵序列選擇設備被用于選擇激勵序列使其信號抽樣的符號與殘余序列中相應抽樣的符號相同。
4.根據(jù)權利要求1，2或3的傳輸系統(tǒng)，其特征在于，激勵序列包括三進制激勵抽樣，還在于激勵序列選擇設備被用于選擇激勵序列使其信號抽樣的符號與殘余序列中N個最大抽樣的符號相應，其中N為正整數(shù)。
5.發(fā)射機用于發(fā)送輸入信號，發(fā)射機包括編碼器，它具有用于生成若干激勵序列的激勵序列發(fā)生器，選擇設備，用于從若干激勵序列中選擇一個激勵序列以使從該激勵序列導出的合成信號與從輸入信號導出的目標信號間誤差最小，發(fā)射機被用于發(fā)送代表所選激勵序列的信號，其特征在于，編碼器包括用于從輸入信號導出殘余序列的分解濾波器，還在于編碼器包括用于從大量激勵序列中選擇若干與殘余序列最相似的激勵序列的選擇設備。
6.根據(jù)權利要求5的發(fā)射機，其特征在于激勵序列包括由預定數(shù)目的零抽樣值相隔的非零抽樣值，還在于激勵序列選擇設備用于從殘余信號中確定非零抽樣值在若干激勵序列中的位置。
7.編碼器包括用于生成若干激勵序列的激勵序列發(fā)生器，選擇設備用于從若干激勵信號中選擇一個激勵序列以使從該激勵序列導出的合成信號與從輸入信號導出的目標信號間的誤差最小，編碼器被用于輸出代表所選激勵序列的信號，其特征在于，編碼器包括用于從輸入信號導出殘余序列的分解濾波器，還在于編碼器包括用于從大量激勵序列中選擇若干與殘余序列最相似的激勵序列的激勵序列選擇設備。
8.根據(jù)權利要求7的編碼器，其特征在于，激勵序列包括由預定數(shù)目零抽樣值相隔的非零抽樣值，還在于激勵序列選擇設備被用于從殘余信號確定若干激勵序列中非零抽樣值的位置。
9.傳輸輸入信號的方法包括生成若干激勵序列，從若干激勵信號中選擇一個激勵序列以使從該激勵序列導出的合成信號與從輸入信號導出的目標信號的誤差最小，該方法包括傳送代表所選序列的信號，其特征在于，該方法包括依據(jù)分解濾波器操作從輸入信號導出殘余序列，在于該方法包括從大量激勵序列中選擇與殘余序列最相似的若干激勵序列。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于激勵序列包括由預定數(shù)目零抽樣值相隔的非零抽樣值，還在于激勵序列選擇設備被用于從殘余信號中確定非零抽樣值在若干激勵序列中的位置。
全文摘要
在CELP編碼器中進行了目標信號和若干合成信號間的比較。該合成信號是由具有從目標信號導出的參數(shù)的合成濾波器對若干激勵序列濾波而得到的。使目標信號和合成信號間誤差最小的激勵信號被選中。尋找最佳激勵信號需要相當?shù)挠嬎銖碗s度。為減小該復雜度,可通過選擇少量與反向濾波目標信號最相似的激勵序列來進行少量激勵序列的預選。對這少量激勵序列進行全復雜度搜索。由于最終選擇涉及的激勵序列數(shù)量減少,所需的計算復雜度也減小了。
文檔編號G10L19/04GK1189263SQ97190354
公開日1998年7月29日 申請日期1997年1月31日 優(yōu)先權日1996年2月15日
發(fā)明者F·武珀曼, F·M·J·德邦特 申請人:菲利浦電子有限公司