專利名稱：用于對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行有效的編碼的感覺加權(quán)設(shè)備與方法
1本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)(0-7000Hz)作出響應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的一個(gè)感覺加權(quán)設(shè)備與方法，用于減少在一個(gè)加權(quán)寬帶信號(hào)和一個(gè)隨后被合成的加權(quán)寬帶信號(hào)之間的差異。
2現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)單描述很多應(yīng)用，例如音頻/視頻電話會(huì)議，多媒體，和無線應(yīng)用，以及互聯(lián)網(wǎng)和分組網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用迫切要求高效的數(shù)字寬帶語音/音頻編碼技術(shù)，并且具有一個(gè)好的主觀質(zhì)量/比特速率之間的折衷。直到最近，在語音編碼應(yīng)用中主要是使用在范圍為200到3400赫茲內(nèi)被濾波的電話帶寬。但是，為了增加語音信號(hào)的清晰度與自然性，迫切要求進(jìn)行寬帶語音應(yīng)用。在范圍為50-7000赫茲內(nèi)的一個(gè)帶寬被發(fā)現(xiàn)對(duì)傳送一個(gè)面對(duì)面語音質(zhì)量的信號(hào)來說是足夠的。對(duì)音頻信號(hào)來說，這個(gè)頻率范圍可以給出一個(gè)可接受的語音質(zhì)量，但是這個(gè)語音的音頻質(zhì)量仍然比CD質(zhì)量要差，CD質(zhì)量的頻率范圍在20到20000赫茲內(nèi)。
一個(gè)語音編碼器將一個(gè)語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字比特流，這個(gè)數(shù)字比特流經(jīng)過一個(gè)通信信道被傳送(或者被保存在一個(gè)存儲(chǔ)媒質(zhì)中)。這個(gè)語音信號(hào)被量化(被采樣，并且通常被使用每采樣16比特來進(jìn)行量化)，并且這個(gè)語音編碼器的作用是用一個(gè)數(shù)目較少的比特來表示這些數(shù)字采樣，而保持一個(gè)好的主觀語音質(zhì)量。語音解碼器或者合成器對(duì)被發(fā)送的或者被保存的比特流進(jìn)行操作，并且將它轉(zhuǎn)換為一個(gè)聲音信號(hào)。
能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)好的質(zhì)量/比特速率折衷的最佳現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)是所謂的碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)技術(shù)。根據(jù)這個(gè)技術(shù)，被采樣的語音信號(hào)被以連續(xù)的L個(gè)采樣塊為單位進(jìn)行處理，這L個(gè)采樣通常被稱作幀，其中L是某個(gè)預(yù)定的數(shù)目(與10-30毫秒語音相應(yīng))。在CELP中，每幀計(jì)算一個(gè)線性預(yù)測(cè)(LP)濾波器，并且發(fā)送這個(gè)線性預(yù)測(cè)濾波器。然后，這L個(gè)采樣的幀被劃分為更小的塊，稱作大小為N個(gè)采樣的子幀，其中L＝kN，并且k是一個(gè)幀中子幀的數(shù)目(N通常與4-10毫秒語音相應(yīng))。在每一個(gè)子幀中確定一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，它通常包括兩個(gè)部分一個(gè)是來自過去的激勵(lì)(也稱作音調(diào)的貢獻(xiàn)或者適應(yīng)性碼本)和，另一個(gè)是來自一個(gè)新的碼本(也稱作固定的碼本)。這個(gè)激勵(lì)信號(hào)被發(fā)送，并且在解碼器被使用作為L(zhǎng)P合成濾波器的輸入來獲得被合成的語音。
在CELP上下文中一個(gè)新的碼本是一個(gè)可以被索引的、N個(gè)采樣長(zhǎng)的序列集合，也被稱作N維碼矢量。每一個(gè)碼本序列被一個(gè)整數(shù)k進(jìn)行索引，k的范圍是1到M，其中M表示碼本的大小，通常被表示為一個(gè)比特?cái)?shù)目b，其中M＝2b。
為了根據(jù)這個(gè)CELP技術(shù)來合成語音，通過使用對(duì)語音信號(hào)的頻譜特征進(jìn)行建模的、隨時(shí)間變化的濾波器，從一個(gè)碼本中濾波出一個(gè)合適的碼矢量，就可以合成每一個(gè)N個(gè)采樣的塊。在編碼器的末端，對(duì)碼本中的所有碼矢量或者其一個(gè)子集計(jì)算被合成的輸出(碼本搜索)。保留的碼矢量是一個(gè)根據(jù)感覺權(quán)重畸變度量，能產(chǎn)生最靠近原始語音信號(hào)的合成輸出的碼矢量。使用一個(gè)所謂的感覺加權(quán)濾波器來執(zhí)行這個(gè)感覺加權(quán)，感覺加權(quán)濾波器通常是從LP合成濾波器推導(dǎo)出來的。
在對(duì)電話頻帶聲音信號(hào)進(jìn)行編碼中，CELP模型是非常成功的，并且?guī)讉€(gè)基于CELP的編碼標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被用于很多應(yīng)用中，并且這個(gè)聲音信號(hào)是帶寬限制在200-3400赫茲內(nèi)的帶限信號(hào)，并且以每秒8000個(gè)采樣的速率進(jìn)行采樣。在寬帶語音/音頻應(yīng)用中，聲音信號(hào)的帶寬限制在50-7000赫茲，并且以每秒16000個(gè)采樣的速率被采樣。
當(dāng)將針對(duì)電話頻帶信號(hào)而進(jìn)行優(yōu)化的CELP模型應(yīng)用到寬帶信號(hào)時(shí)，就產(chǎn)生了某些困難，并且需要在這個(gè)模型中增加附加的特征來獲得高質(zhì)量的寬帶信號(hào)。與電話頻帶的信號(hào)相比，寬帶信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍寬得多，當(dāng)要求用定點(diǎn)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)這個(gè)算法時(shí)(在無線應(yīng)用中，這是一個(gè)基本要求)，這就產(chǎn)生了精度的問題。另外，這個(gè)CELP模型通常在低頻部分(它通常具有較高比例的能量)消耗了大部分編碼比特，這通常導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)低通的輸出信號(hào)。為了克服這個(gè)問題，需要對(duì)這個(gè)感覺加權(quán)濾波器進(jìn)行修改，來適合這個(gè)寬帶信號(hào)，并且為了減少這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍，能夠增強(qiáng)高頻區(qū)域的預(yù)加重技術(shù)就變得重要了，這能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)較簡(jiǎn)單的定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)方式，并且能夠確保對(duì)這個(gè)信號(hào)的高頻部分進(jìn)行一個(gè)更好的編碼。
在CELP-類型的編碼器中，通過使輸入語音與在一個(gè)感覺加權(quán)域內(nèi)被合成的語音之間的均方誤差最小，來搜尋最佳的音調(diào)與新的參數(shù)。這等價(jià)于使加權(quán)輸入語音與加權(quán)合成語音之間的差異最小，其中使用其轉(zhuǎn)移函數(shù)W(z)的形式為下述的一個(gè)濾波器來執(zhí)行加權(quán)W(z)＝A(z/g1)/A(z/g2)其中0＜Γ2＜Γ1≤1在一個(gè)綜合分析(AbS)編碼器中，分析顯示量化誤差被加權(quán)濾波器的逆，W(z)-1進(jìn)行加權(quán)，這在輸入信號(hào)中顯示了某些共振峰結(jié)構(gòu)。這樣，通過對(duì)誤差整形而利用了人耳的屏蔽特性，以使它在共振峰區(qū)域內(nèi)有更多的能量，其中它將被這些區(qū)域中強(qiáng)信號(hào)能量所屏蔽。由因子Γ1和Γ2來控制加權(quán)的數(shù)量。
這個(gè)濾波器在電話信號(hào)頻帶內(nèi)工作得很好。但是，發(fā)現(xiàn)這個(gè)濾波器不適合于對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行有效的感覺加權(quán)。也發(fā)現(xiàn)，這個(gè)濾波器在對(duì)共振峰結(jié)構(gòu)和所需要的并發(fā)頻譜傾斜結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí)存在內(nèi)在的缺陷。在寬帶信號(hào)中，頻譜傾斜是很大的，因?yàn)榈皖l與高頻信號(hào)之間具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍。人們已經(jīng)建議在濾波器W(z)中增加一個(gè)傾斜濾波器，來分別控制傾斜加權(quán)與共振峰加權(quán)。
本發(fā)明的目的本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)能夠適合于寬帶信號(hào)的感覺加權(quán)設(shè)備與方法，它使用一個(gè)被修改的感覺加權(quán)濾波器來獲得一個(gè)高質(zhì)量的重構(gòu)信號(hào)，這些設(shè)備與方法能夠被使用定點(diǎn)算法來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的概述更詳細(xì)地，根據(jù)本發(fā)明，提供了用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)作出響應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的一個(gè)感覺加權(quán)設(shè)備，用于減少在一個(gè)加權(quán)寬帶信號(hào)和一個(gè)隨后被合成的加權(quán)寬帶信號(hào)之間的差異。這個(gè)感覺加權(quán)設(shè)備包括a)一個(gè)信號(hào)預(yù)加重濾波器，對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)作出響應(yīng)，用于增強(qiáng)這個(gè)寬帶信號(hào)的高頻分量，由此產(chǎn)生一個(gè)預(yù)加重的信號(hào)；b)一個(gè)合成濾波器計(jì)算器，對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)作出響應(yīng)，用于產(chǎn)生合成濾波器系數(shù)；和c)一個(gè)感覺加權(quán)濾波器，對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)和合成濾波器系數(shù)作出響應(yīng)，用于相對(duì)于合成濾波器系數(shù)來對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)進(jìn)行濾波，由此產(chǎn)生感覺加權(quán)的信號(hào)。這個(gè)感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的分母是固定的，由此在一個(gè)共振峰區(qū)域中對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行加權(quán)基本上可以與對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)的一個(gè)頻譜傾斜分開。
本發(fā)明也涉及用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)作出響應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的一個(gè)感覺加權(quán)方法，用于減少在一個(gè)加權(quán)寬帶信號(hào)和一個(gè)隨后被合成的加權(quán)寬帶信號(hào)之間的差異。這個(gè)感覺加權(quán)方法包括對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生其高頻分量被增強(qiáng)的一個(gè)預(yù)加重的信號(hào)；從這個(gè)預(yù)加重的信號(hào)計(jì)算出合成濾波器系數(shù)；和相對(duì)于合成濾波器系數(shù)來對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)進(jìn)行濾波，由此產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的語音信號(hào)。這個(gè)濾波過程包括通過其轉(zhuǎn)移函數(shù)的分母是固定的一個(gè)感覺加權(quán)濾波器對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)進(jìn)行處理，由此在一個(gè)共振峰區(qū)域中對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行加權(quán)基本上可以與對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)的一個(gè)頻譜傾斜分開。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式-減少這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍包括通過其轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式為如下的一個(gè)加權(quán)濾波器對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子；
-這個(gè)預(yù)加重因子μ是0.7；-這個(gè)感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式為如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值；并且-這個(gè)變量γ2的值被設(shè)置為等于等于μ。
所以，通過組合一個(gè)預(yù)加重濾波器和一個(gè)被修改的加權(quán)濾波器來將高主觀質(zhì)量的解碼寬帶聲音信號(hào)送入到濾波器W(z)中，由此分別控制傾斜加權(quán)與共振峰加權(quán)，而獲得對(duì)量化誤差的整體感覺加權(quán)。
相應(yīng)地，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)單描述中存在的問題的解決方法就是在輸入引入一個(gè)預(yù)加重濾波器，根據(jù)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)來計(jì)算合成濾波器系數(shù)，并且通過固定其分母來使用一個(gè)被修改的感覺加權(quán)濾波器，這個(gè)預(yù)加重濾波器將這個(gè)寬帶信號(hào)修改成更適合定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，并且改善了頻譜的高頻部分的編碼。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器，這個(gè)編碼器包括a)一個(gè)感覺加權(quán)設(shè)備，如上面所描述的；b)一個(gè)音調(diào)碼本搜尋設(shè)備，對(duì)感覺加權(quán)信號(hào)作出響應(yīng)，用于產(chǎn)生音調(diào)碼本參數(shù)和一個(gè)新的搜尋目標(biāo)矢量；c)一個(gè)新的碼本搜尋設(shè)備，對(duì)這個(gè)合成濾波器系數(shù)與這個(gè)新搜尋目標(biāo)矢量作出響應(yīng)，用于產(chǎn)生新的碼本參數(shù)；和d)一個(gè)信號(hào)形成設(shè)備，用于產(chǎn)生包括這個(gè)音調(diào)碼本參數(shù)，新的碼本參數(shù)，和合成濾波器系數(shù)的一個(gè)編碼寬帶信號(hào)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了-用于向被劃分為多個(gè)小區(qū)的一個(gè)大的地理區(qū)域提供服務(wù)的一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)，包括a)移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元；b)蜂窩基站，相應(yīng)地位于這個(gè)小區(qū)中；c)一個(gè)控制終端，用于控制在這些蜂窩基站之間的通信；d)在位于一個(gè)小區(qū)中的每一個(gè)移動(dòng)單元與這個(gè)小區(qū)的這個(gè)蜂窩基站之間的一個(gè)雙向無線通信子系統(tǒng)，在這個(gè)移動(dòng)單元與這個(gè)蜂窩基站中，這個(gè)雙向無線通信子系統(tǒng)包括i)一個(gè)發(fā)送器，包括用于如上面所描述的、對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器和用于發(fā)送這個(gè)被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)發(fā)送電路；和
ii)一個(gè)接收器，包括用于接收一個(gè)被發(fā)送的被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)接收器電路和用于對(duì)所接收的被編碼寬帶信號(hào)進(jìn)行解碼的一個(gè)解碼器。
-一個(gè)蜂窩移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元，包括a)一個(gè)發(fā)送器，包括用于如上面所描述的、對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器和用于發(fā)送這個(gè)被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)發(fā)送電路；和b)一個(gè)接收器，包括用于接收一個(gè)被發(fā)送的被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)接收器電路和用于對(duì)所接收的被編碼寬帶信號(hào)進(jìn)行解碼的一個(gè)解碼器。
-一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)部件，包括a)一個(gè)發(fā)送器，包括用于如上面所描述的、對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器和用于發(fā)送這個(gè)被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)發(fā)送電路；和b)一個(gè)接收器，包括用于接收一個(gè)被發(fā)送的被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)接收器電路和用于對(duì)所接收的被編碼寬帶信號(hào)進(jìn)行解碼的一個(gè)解碼器。
-在位于一個(gè)小區(qū)中的每一個(gè)移動(dòng)單元與這個(gè)小區(qū)的這個(gè)蜂窩基站之間的一個(gè)雙向無線通信子系統(tǒng)，在這個(gè)移動(dòng)單元與這個(gè)蜂窩基站中，這個(gè)雙向無線通信子系統(tǒng)包括a)一個(gè)發(fā)送器，包括用于如上面所描述的、對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器和用于發(fā)送這個(gè)被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)發(fā)送電路；和b)一個(gè)接收器，包括用于接收一個(gè)被發(fā)送的被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)接收器電路和用于對(duì)所接收的被編碼寬帶信號(hào)進(jìn)行解碼的一個(gè)解碼器。
通過示例并且參考附圖，并且在閱讀下面關(guān)于其一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的非限制性描述的基礎(chǔ)上，就可以更清楚本發(fā)明的目的，優(yōu)點(diǎn)，和其它特征。
圖的簡(jiǎn)單描述在附圖中

圖1是寬帶編碼設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的一個(gè)示意圖框圖；圖2是寬帶解碼設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的一個(gè)示意圖框圖；圖3是音調(diào)分析設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的一個(gè)示意圖框圖；和圖4是一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)化的、示意圖框圖，其中圖1的寬帶編碼設(shè)備與圖2的寬帶解碼設(shè)備可以被使用。
如該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員眾所周知的，一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)，例如401(見圖4)通過將一個(gè)范圍很大的地理區(qū)域劃分為數(shù)目C的、面積較小的小區(qū)，而在這個(gè)范圍很大的地理區(qū)域上提供了一個(gè)電信服務(wù)。這C個(gè)面積較小的小區(qū)分別被相應(yīng)的蜂窩基站4021，4022，…，402C來提供服務(wù)，這些基站向每一個(gè)小區(qū)提供無線信令，音頻和數(shù)據(jù)信道。
無線信令信道被用于向在這個(gè)蜂窩基站402的覆蓋區(qū)域(小區(qū))的限度內(nèi)的移動(dòng)無線電話(移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元)，例如403發(fā)送尋呼消息，并且發(fā)起到位于這個(gè)基站的小區(qū)內(nèi)或者外面的其它無線電話403的電話呼叫，或者發(fā)起到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，例如公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)(PSTN)404的電話呼叫。
一旦一個(gè)無線電話403已經(jīng)成功地發(fā)起了一個(gè)電話呼叫，或者成功地接收到一個(gè)呼叫，就在這個(gè)無線電話403和與這個(gè)無線電話403所處小區(qū)相應(yīng)的蜂窩基站402之間建立一個(gè)音頻或者數(shù)據(jù)信道，并且經(jīng)過這個(gè)音頻或者數(shù)據(jù)信道，在這個(gè)基站402與無線電話403之間進(jìn)行通信。這個(gè)無線電話403也可能在正在進(jìn)行一個(gè)呼叫的同時(shí)經(jīng)過一個(gè)信令信道接收控制或者定時(shí)信息。
如果當(dāng)一個(gè)呼叫正在進(jìn)行時(shí)，一個(gè)無線電話403已經(jīng)離開一個(gè)小區(qū)，并且進(jìn)入另一個(gè)相鄰的小區(qū)，這個(gè)無線電話403將這個(gè)呼叫越區(qū)切換到新小區(qū)基站402的一個(gè)可用音頻或者數(shù)據(jù)信道。如果沒有呼叫正在進(jìn)行時(shí)，一個(gè)無線電話403離開一個(gè)小區(qū)并且進(jìn)入另一個(gè)相鄰的小區(qū)，這個(gè)無線電話403經(jīng)過這個(gè)信令信道發(fā)送一個(gè)控制消息來登錄到這個(gè)新小區(qū)的基站402。使用這個(gè)方法，可用在一個(gè)范圍很寬的地理范圍內(nèi)提供移動(dòng)通信服務(wù)。
這個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)401進(jìn)一步包括一個(gè)控制終端405，這個(gè)控制終端用于控制在蜂窩基站402與PSTN 404，例如在一個(gè)無線電話403和PSTN 404之間進(jìn)行一個(gè)通信的期間，之間的通信，或者用于控制在位于一第一小區(qū)內(nèi)無線電話403與位于一第二小區(qū)內(nèi)無線電話403之間的通信。
當(dāng)然，為了在一個(gè)小區(qū)的基站402與位于這個(gè)小區(qū)內(nèi)的一個(gè)無線電話403之間建立一個(gè)音頻或者數(shù)據(jù)信道，就需要一個(gè)雙向無線通信子系統(tǒng)。如圖4的很簡(jiǎn)單形式所顯示的，這樣一個(gè)雙向無線通信子系統(tǒng)典型地在無線電話403中包括-一個(gè)發(fā)送器406，包括-一個(gè)編碼器407，用于對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行編碼；和-一個(gè)發(fā)送電路408，用于通過一個(gè)天線，例如409來發(fā)送來自編碼器407的這個(gè)被編碼語音信號(hào)；和-一個(gè)接收器410，包括-一個(gè)接收器電路411，用于通常通過相同的天線409接收一個(gè)被發(fā)送的編碼語音信號(hào)；和-一個(gè)解碼器412，用于對(duì)來自接收電路411的所接收被編碼語音信號(hào)進(jìn)行解碼。
這個(gè)無線電話進(jìn)一步包括編碼器407和解碼器412均連接到其上、并且用于處理其上的信號(hào)的其它傳統(tǒng)無線電話電路413，該領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員對(duì)這個(gè)電路413是很熟悉的，并且相應(yīng)地，將不在本發(fā)明的說明中進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
另外，典型地，這樣一個(gè)雙向無線射頻通信子系統(tǒng)在基站402中包括-一個(gè)發(fā)送器414，包括-一個(gè)編碼器415，用于對(duì)這個(gè)語音信號(hào)進(jìn)行編碼；和
-一個(gè)發(fā)送電路416，用于通過一個(gè)天線，例如417發(fā)送來自編碼器415的這個(gè)被編碼語音信號(hào)；和-一個(gè)接收器418，包括-一個(gè)接收電路419，用于通過相同的天線417或者通過另一個(gè)天線(沒有顯示)來接收一個(gè)被發(fā)送的編碼語音信號(hào)；和-一個(gè)解碼器420，用于對(duì)來自這個(gè)接收電路419的這個(gè)被接收編碼語音信號(hào)進(jìn)行解碼。
典型地，這個(gè)基站402進(jìn)一步包括一個(gè)基站控制器421及其相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)422，用于控制在控制終端405與發(fā)送器414和接收器418之間的通信。
如該領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員眾所周知的，為了減少通過雙向無線射頻通信子系統(tǒng)，即在一個(gè)無線電話403與一個(gè)基站402之間，發(fā)送聲音信號(hào)，例如語音，所需要的帶寬，就需要語音編碼。
典型地，工作在13k比特/秒并且低于碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)的LP語音編碼器(例如415，和407)通常使用一個(gè)LP合成濾波器來建立關(guān)于這個(gè)語音信號(hào)的短期頻譜包絡(luò)的模型。典型地，這個(gè)LP信息被以每10或者20毫秒的間隔發(fā)送到這個(gè)解碼器(例如420和412)，并且在解碼器的末端被提取出來。
本發(fā)明說明中所公開的新技術(shù)可以被用于不同的基于LP的編碼系統(tǒng)中。但是，一個(gè)CELP類型的編碼系統(tǒng)被用于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，以提供這些技術(shù)的一個(gè)非限制性描述。以相同的方式，這樣的技術(shù)可以被用于除聲音和語音信號(hào)以外的其它聲響信號(hào)以及其它類型的寬帶信號(hào)。
圖1顯示了被修改成能夠更好地容納寬帶信號(hào)的一個(gè)CELP類型的語音編碼設(shè)備100的一個(gè)一般框圖。
被采樣的輸入語音信號(hào)114被劃分成連續(xù)的L個(gè)采樣模塊，稱作“幀”。在每一個(gè)幀中，表示這個(gè)幀中語音信號(hào)的不同參數(shù)被計(jì)算，被編碼，并且被發(fā)送。表示LP合成濾波器的LP參數(shù)通常在每一個(gè)幀被計(jì)算一次。這個(gè)幀被進(jìn)一步分成更小的、N個(gè)采樣的塊(塊的長(zhǎng)度為N)，其中激勵(lì)參數(shù)(音調(diào)和不同(pitch and innovation))被定義。在這個(gè)CELP結(jié)構(gòu)中，這些長(zhǎng)度為N的塊被稱作子幀，并且子幀中的N個(gè)采樣信號(hào)被稱作一個(gè)N維的矢量。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，這個(gè)長(zhǎng)度N與5毫秒相應(yīng)，而長(zhǎng)度L與20毫秒相應(yīng)，這意味著一個(gè)幀包括4個(gè)子幀(采樣率為16kHz時(shí)N＝80，下采樣到12.8kHz時(shí)，N＝64)。在這個(gè)編碼過程中，可以出現(xiàn)各種N維的矢量。在圖1和2中可能將出現(xiàn)的矢量列表和被發(fā)送參數(shù)的一個(gè)列表被給出，如下主N維矢量的列表s寬帶信號(hào)輸入語音矢量(在下采樣，預(yù)處理，和預(yù)加重后)；sw被加權(quán)的語音矢量；s0加權(quán)合成濾波器的零輸入響應(yīng)；sp被下采樣的預(yù)處理信號(hào)；被過采樣的合成語音信號(hào)；s′在去加重前的合成信號(hào)；sd被去加重的合成信號(hào)；sh在去加重和后處理后的合成信號(hào)；x音調(diào)搜尋的目標(biāo)矢量；x′新搜尋的目標(biāo)矢量；h加權(quán)合成濾波器脈沖響應(yīng)；vT延遲T后的適應(yīng)(音調(diào))碼本矢量；yT被濾波的音調(diào)碼本矢量(vT與h進(jìn)行卷積)；ck在索引k(新碼本中的第k個(gè)表目)處的新碼矢量；cf被增強(qiáng)的、被伸縮的(scaled)新碼矢量；u激勵(lì)信號(hào)(被伸縮的新和音調(diào)碼矢量)；u′增強(qiáng)的激勵(lì)；z帶通噪聲序列；w′白噪聲序列；和
w被伸縮的噪聲序列。
被發(fā)送參數(shù)的列表STP短期預(yù)測(cè)參數(shù)(定義了A(z))；T音調(diào)延遲(或者音調(diào)碼本索引)；b音調(diào)增益(或者音調(diào)碼本增益)；j音調(diào)碼矢量上所使用低通濾波器的階數(shù)；k碼矢量索引(新碼本表目)；和g新碼本增益。
在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，STP參數(shù)被每幀傳送一次，余下的參數(shù)在每幀被發(fā)送4次(每子幀被發(fā)送一次)。
編碼器側(cè)被采樣的語音信號(hào)被圖1的這個(gè)編碼設(shè)備100一塊接一塊地進(jìn)行編碼，其中編碼設(shè)備100被分成11個(gè)模塊，其編號(hào)從101到111。
輸入的語音被處理成上面所描述的L個(gè)采樣塊，稱作幀。
參考圖1，被采樣的輸入語音信號(hào)114在一個(gè)下采樣模塊101中被進(jìn)行下采樣。例如，這個(gè)信號(hào)被16kHz下采樣到12.8kHz，所使用的技術(shù)是該領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員眾所周知的。當(dāng)然，也可以設(shè)想，將其下采樣到另一個(gè)頻率。下采樣增加了編碼效率，因?yàn)閮H需要編碼一個(gè)更小帶寬的頻帶。這也降低了算法的復(fù)雜程度，因?yàn)橐粋€(gè)幀中的采樣數(shù)目減少了。當(dāng)比特速率下降到16kbit/s時(shí)，下采樣的使用就變得非常重要了，盡管在16kbit/s以上時(shí)，下采樣不是必不可少的。
在進(jìn)行下采樣后，20毫秒的320個(gè)采樣被減少到256個(gè)采樣的幀(下采樣的比例為4/5)。
然后，輸入幀被提供到可選的預(yù)處理塊102。預(yù)處理塊102可能包括其截止頻率為50赫茲的一個(gè)高通濾波器。高通濾波器102去除在50赫茲以下的、不希望有的聲音部分。
下采樣的預(yù)處理信號(hào)被表示為sp(n)，n＝0，1，2，…，L-1，其中L是幀的長(zhǎng)度(在采樣速率為12.8kHz時(shí)，為256)。在預(yù)加重濾波器103的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，這個(gè)信號(hào)sp(n)被使用具有下述轉(zhuǎn)移函數(shù)的一個(gè)濾波器進(jìn)行預(yù)加重P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子(典型的值為0.7)。也可以使用一個(gè)高階的濾波器。應(yīng)指出的是，高通濾波器102和預(yù)加重濾波器103可以被進(jìn)行交換來獲得更有效的定點(diǎn)實(shí)施方式。
預(yù)加重濾波器103的功能是增強(qiáng)輸入信號(hào)的高頻分量。它也減少了輸入語音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，這使它更能夠適合于進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)方式。如果沒有進(jìn)行預(yù)加重，使用單精度算法的定點(diǎn)LP分析是難以實(shí)現(xiàn)的。
預(yù)加重也在實(shí)現(xiàn)一個(gè)量化錯(cuò)誤的合適整體感覺加權(quán)上起到了重要的作用，這能夠改善聲音質(zhì)量。下面，將更詳細(xì)地解釋這一點(diǎn)。
預(yù)加重濾波器103的輸出被表示為s(n)。這個(gè)信號(hào)被用于在計(jì)算器模塊104中執(zhí)行LP分析。LP分析是該領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)普通技術(shù)人員眾所周知的一個(gè)技術(shù)。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，使用了自相關(guān)的方法。在這個(gè)自相關(guān)的方法中，這個(gè)信號(hào)s(n)首先被使用一個(gè)漢明窗(通常，長(zhǎng)度為30-40毫秒的量級(jí))進(jìn)行加窗處理。自相關(guān)是從加窗的信號(hào)計(jì)算出來的，并且Levinson-Durbin遞歸方法被使用來計(jì)算LP濾波器系數(shù)，ai，其中i＝1，…，p，并且p是LP的階數(shù)，在寬帶編碼中其典型的值是16。參數(shù)ai是LP濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的系數(shù)，它由下述關(guān)系給出A(z)=1+Σi=1Paiz-1]]>LP分析是在計(jì)算器模塊104中被執(zhí)行的，計(jì)算器模塊104也執(zhí)行LP濾波器系數(shù)的量化與內(nèi)插。LP濾波器系數(shù)首先被變換為另一個(gè)等價(jià)的域，以更適合于進(jìn)行量化和進(jìn)行內(nèi)插處理。這個(gè)線譜對(duì)(LSP)和導(dǎo)抗頻譜對(duì)(ISP)域是兩個(gè)可以在其中進(jìn)行有效的量化和內(nèi)插處理的域。16個(gè)LP濾波器系數(shù)，ai，可以被使用分隔或者多級(jí)量化，或者它們的組合來量化為30-50個(gè)比特的量級(jí)。內(nèi)插的目的是能夠在每一個(gè)子幀更新LP濾波器的系數(shù)，而在每一個(gè)幀才發(fā)送一次，這改善了編碼器的性能而沒有增加比特速率。LP濾波器系數(shù)的量化與內(nèi)插也應(yīng)是該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員眾所周知的，所以，在本發(fā)明的說明中不詳細(xì)描述它。
下面的段落將描述在一個(gè)子幀上執(zhí)行的編碼操作的余下部分。在下面的描述中，濾波器A(z)表示子幀沒有被量化與內(nèi)插的LP濾波器，而濾波器 表示子幀的被量化與內(nèi)插LP濾波器。
感覺加權(quán)在一個(gè)基于綜合分析的編碼器中，通過在一個(gè)感覺加權(quán)域中對(duì)輸入語音和被合成的語音之間的均分誤差最小，來搜尋最佳的音調(diào)與新參數(shù)。這等價(jià)于將在被加權(quán)的輸入語音與被加權(quán)的合成語音之間的誤差最小化。
在一個(gè)感覺加權(quán)濾波器105中，計(jì)算被加權(quán)的信號(hào)sw(n)。傳統(tǒng)地，通過如下轉(zhuǎn)移函數(shù)的加權(quán)濾波器來計(jì)算這個(gè)被加權(quán)的信號(hào)sw(n)W(z)＝A(z/γ1)/A(z/γ2)，其中0＜γ2＜γ1≤1如該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員眾所周知的，在現(xiàn)有技術(shù)的綜合分析(AbS)編碼器中，分析顯示量化誤差被一個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)w-1(z)所加權(quán)，這個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)是感覺加權(quán)濾波器105的轉(zhuǎn)移函數(shù)的逆。這個(gè)結(jié)果被B.S.Atal和M.R.Schroeder在1979年6月，在IEEE TransactionASsP，Vol.27，no.3的第247-254頁(yè)上進(jìn)行了很好的描述。轉(zhuǎn)移函數(shù)w-1(z)顯示了輸入語音信號(hào)的某些共振峰結(jié)構(gòu)。這樣，通過對(duì)量化誤差進(jìn)行整形，以使它在共振峰區(qū)域中具有更有的能量，就利用了人耳的屏蔽特性利用，在共振峰區(qū)域中，它將被這些區(qū)域中的強(qiáng)信號(hào)能量所屏蔽(masked)。加權(quán)的數(shù)量是用因子γ1和γ2所控制的。
上面的傳統(tǒng)感覺加權(quán)濾波器105在電話頻帶信號(hào)上工作得很好。但是，發(fā)現(xiàn)這個(gè)傳統(tǒng)的感覺加權(quán)濾波器105不適合于對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行有效的加權(quán)。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的感覺加權(quán)濾波器105在對(duì)共振峰結(jié)構(gòu)和同時(shí)需要的頻譜傾斜進(jìn)行建模時(shí)存在內(nèi)在的缺陷。因?yàn)榈皖l與高頻之間的寬動(dòng)態(tài)范圍，這個(gè)頻譜傾斜在寬帶信號(hào)中是更顯著的?，F(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)建議在W(z)中增加一個(gè)傾斜濾波器，來分別控制寬帶輸入信號(hào)的傾斜與共振峰加權(quán)。
對(duì)這個(gè)問題的一個(gè)新的解決方法是，根據(jù)本發(fā)明，在輸入引入預(yù)加重濾波器103，根據(jù)預(yù)加重的語音s(n)來計(jì)算這個(gè)LP濾波器A(z)，并且通過固定其分母使用一個(gè)被修改的濾波器W(z)。
在模塊104中，對(duì)被預(yù)加重的信號(hào)s(n)進(jìn)行LP分析，來獲得LP濾波器A(z)。另外，一個(gè)新的、具有固定分母的感覺加權(quán)濾波器105被使用。這個(gè)感覺加權(quán)濾波器104的轉(zhuǎn)移函數(shù)的一個(gè)示例的關(guān)系如下W(z)=A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1一個(gè)更高的階可以用于分母。這個(gè)結(jié)構(gòu)基本上消除了共振峰加權(quán)與傾斜之間的相互影響。
注意，因?yàn)锳(z)是根據(jù)這個(gè)預(yù)加重語音信號(hào)s(n)而計(jì)算出來的，所以與當(dāng)根據(jù)這個(gè)原始語音計(jì)算A(z)時(shí)的情形相比，濾波器1/A(z/γ1)的傾斜就不太明顯了。因?yàn)槭褂镁哂邢旅娴霓D(zhuǎn)移函數(shù)的一個(gè)濾波器來在解碼器末端進(jìn)行去加重的P-1(z)=1/(1－μz-1)量化誤差頻譜被其轉(zhuǎn)移函數(shù)為W-1(z)P-1(z)的一個(gè)濾波器進(jìn)行整形。當(dāng)γ2被設(shè)置成與μ相等時(shí)，典型地就是這樣的情形，量化誤差的頻譜被其轉(zhuǎn)移函數(shù)為1/A(z/γ1)的一個(gè)濾波器進(jìn)行整形，并且A(z)是根據(jù)預(yù)加重的語音信號(hào)而計(jì)算出來的。主觀的聽顯示，除了能夠容易用定點(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)方式來實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)外，用于通過預(yù)加重和修改的加權(quán)濾波的組合來獲得對(duì)誤差的整形的這個(gè)結(jié)構(gòu)在對(duì)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼時(shí)是非常有效的。
音調(diào)分析為了簡(jiǎn)化這個(gè)音調(diào)分析，首先使用加權(quán)語音信號(hào)sw(n)在開環(huán)音調(diào)搜尋模塊106中估計(jì)一個(gè)開環(huán)音調(diào)延遲TOL。然后，對(duì)每一個(gè)子幀，在閉環(huán)音調(diào)搜尋模塊107中執(zhí)行這個(gè)閉環(huán)音調(diào)分析，并且這個(gè)閉環(huán)音調(diào)分析被限制在開環(huán)音調(diào)延遲TOL的附近，這大大減少了LTP參數(shù)T和b(音調(diào)延遲和音調(diào)增益)的搜尋復(fù)雜程度。通常，開環(huán)音調(diào)分析是每10毫秒(兩個(gè)子幀)在模塊106中被執(zhí)行一次，所使用的技術(shù)是該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員眾所周知的。
首先計(jì)算LTP(長(zhǎng)期預(yù)測(cè))分析的目標(biāo)矢量x。這通常是從被加權(quán)語音信號(hào)sw(n)中減去加權(quán)合成濾波器W(z) (z)的零輸入響應(yīng)s0來完成的。這個(gè)零輸入響應(yīng)s0是通過一個(gè)零輸入響應(yīng)計(jì)算器模塊108來計(jì)算的。更詳細(xì)地，使用下面的關(guān)系來計(jì)算這個(gè)目標(biāo)矢量xx＝sw－s0其中x是N維目標(biāo)矢量，sw是子幀中被加權(quán)的語音矢量，s0是濾波器W(z)/(z)的零輸入響應(yīng)，因?yàn)槠涑跏紶顟B(tài)，s0是組合濾波器W(z) (z)的輸出。零輸入響應(yīng)計(jì)算器108對(duì)來自LP分析的量化內(nèi)插LP濾波器 (z)作出響應(yīng)，對(duì)量化與內(nèi)插計(jì)算器104和被保存在存儲(chǔ)器模塊111中的加權(quán)合成濾波器W(z) (z)的初始狀態(tài)作出響應(yīng)，來計(jì)算濾波器W(z) (z)的零輸入響應(yīng)s0(通過將輸入設(shè)置為零而確定的初始狀態(tài)所產(chǎn)生的這部分響應(yīng))。這個(gè)操作對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來說是眾所周知的，所以，將不進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
當(dāng)然，可以使用替代的但是在數(shù)學(xué)上等價(jià)的方法來計(jì)算目標(biāo)矢量x。
加權(quán)合成濾波器W(z) (z)的一個(gè)N維脈沖響應(yīng)矢量h被使用來自模塊104的LP濾波器系數(shù)A(z)和 (z)在脈沖響應(yīng)產(chǎn)生器109中進(jìn)行計(jì)算。另外，這個(gè)操作對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員來說是眾所周知的，所以，在本發(fā)明的說明中將不進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
閉環(huán)音調(diào)(或者音調(diào)碼本)參數(shù)b，T和j是在閉環(huán)音調(diào)搜尋模塊107中被計(jì)算的，它使用了目標(biāo)矢量x，脈沖響應(yīng)矢量h和開環(huán)音調(diào)延遲TOL作為輸入。傳統(tǒng)地，這個(gè)音調(diào)預(yù)測(cè)已經(jīng)被具有下面的轉(zhuǎn)移函數(shù)的一個(gè)音調(diào)濾波器所表示1/(1－bz-T)其中，b是音調(diào)的增益，而T是音調(diào)的延遲或者延遲。在這個(gè)情形下，音調(diào)對(duì)激勵(lì)信號(hào)u(n)的音調(diào)貢獻(xiàn)被表示為bu(n-T)，其中總的激勵(lì)為u(n)＝bu(n-T)＋gck(n)其中g(shù)是新的碼本增益，ck(n)是在索引k處的新的碼矢量。
如果這個(gè)音調(diào)延遲T比子幀程度N小，那么這個(gè)表達(dá)式就具有局限性。在另一個(gè)表達(dá)式中，這個(gè)音調(diào)的貢獻(xiàn)可以被看作包括過去激勵(lì)信號(hào)的一個(gè)音調(diào)碼本。一般來說，在這個(gè)音調(diào)碼本中的每一個(gè)矢量是前一個(gè)矢量的一個(gè)移位1的版本(丟棄了一個(gè)采樣并且增加了一個(gè)采樣)。對(duì)音調(diào)延遲T＞N來說，這個(gè)音調(diào)碼本與濾波器結(jié)構(gòu)(1/1－bz-T)等價(jià)，并且音調(diào)延遲為T的一個(gè)音調(diào)碼本矢量vT(n)如下vT(n)＝u(n-T)，n＝0，…，N-1對(duì)音調(diào)延遲T比N小的情形，一個(gè)矢量vT(n)通過從過去激勵(lì)起直到這個(gè)矢量被完成這段期間重復(fù)可用采樣而建立(這并不與濾波器的結(jié)構(gòu)等價(jià))。
在最近的編碼器結(jié)構(gòu)中，一個(gè)高階的音調(diào)分辨率被使用，它能夠大大改善濁音聲響段(voiced sound segment)的質(zhì)量。這個(gè)是通過多相內(nèi)插濾波器對(duì)過去的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行過采樣而實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)情形下，矢量vT(n)通常與過去激勵(lì)的一個(gè)內(nèi)插版本相應(yīng)，其音調(diào)延遲T為一個(gè)非整數(shù)延遲(例如，50.25)。
這個(gè)音調(diào)搜尋包括尋找最近的音調(diào)延遲T和增益b，來使在目標(biāo)矢量x與被縮放的被濾波過去建立之間的均方加權(quán)誤差E最小。誤差E可以表示為E＝‖x－byT‖2其中yT是音調(diào)延遲為T的被濾波音調(diào)碼本矢量yT(n)=vT(n)*h(n)=Σi=0nvT(i)h(n-i),n=0,...,N-1]]>
可以證明，通過使搜尋準(zhǔn)則最大，就可以使誤差E最小C=xtyTytTyT]]>其中t表示矢量轉(zhuǎn)置。
在本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，使用了一個(gè)1/3的子采樣音調(diào)分辨率，并且這個(gè)音調(diào)(音調(diào)碼本)搜尋包括3個(gè)階段。
在第一個(gè)階段，對(duì)被加權(quán)語音信號(hào)sw(n)作出響應(yīng)，一個(gè)開環(huán)音調(diào)延遲TOL被在開環(huán)音調(diào)搜尋模塊106中進(jìn)行估計(jì)。如在前面描述中所指出的，這個(gè)開環(huán)音調(diào)分析通常是每10毫秒(兩個(gè)子幀)執(zhí)行一次，并且使用了為該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員眾所周知的技術(shù)。
在第二個(gè)階段，對(duì)在被估計(jì)的開環(huán)音調(diào)延遲TOL附近的整數(shù)音調(diào)延遲(通常是±5)，在閉環(huán)音調(diào)搜尋模塊107中搜尋這個(gè)搜尋準(zhǔn)則C，這大大簡(jiǎn)化了這個(gè)搜尋過程。一個(gè)簡(jiǎn)單的過程被用于來更新被濾波的碼矢量yT，而不需要對(duì)每一個(gè)音調(diào)延遲均計(jì)算卷積。
一旦在第二階段找到一個(gè)最佳的整數(shù)音調(diào)延遲，這個(gè)搜尋的一第三階段(模塊107)就測(cè)試在這個(gè)最佳整數(shù)音調(diào)延遲附近的小數(shù)。
當(dāng)這個(gè)音調(diào)預(yù)測(cè)器用一個(gè)形式為(1/1－bz-T)的一個(gè)濾波器進(jìn)行表示時(shí)，這對(duì)音調(diào)延遲T＞N是一個(gè)合理的假設(shè)，音調(diào)濾波器的頻譜在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)顯示出一個(gè)共振峰結(jié)構(gòu)，其一個(gè)諧振頻率與1/T相關(guān)。在寬帶信號(hào)的情形下，這個(gè)結(jié)構(gòu)并不是非常有效的，因?yàn)閷拵盘?hào)中的諧振結(jié)構(gòu)不覆蓋整個(gè)被延伸的頻譜。這個(gè)諧振結(jié)構(gòu)僅在到一特定頻率的范圍內(nèi)存在，這個(gè)特定頻率取決于濁音段。這樣，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶語音的濁音段內(nèi)的語音貢獻(xiàn)進(jìn)行有效的表示，這個(gè)音調(diào)預(yù)測(cè)濾波器需要具有能夠在這個(gè)寬帶頻譜內(nèi)改變周期性數(shù)量的靈活性。
一個(gè)新的、實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶信號(hào)的語音頻譜諧振結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效地建模的方法已經(jīng)在本發(fā)明說明中被公開，由此，幾個(gè)形式的低通濾波器被應(yīng)用到過去的激勵(lì)，并且選擇了具有較高預(yù)測(cè)增益的那個(gè)低通濾波器。
當(dāng)使用了子采樣音調(diào)分辨率時(shí)，這些低通濾波器可以被集成在用于獲得更高音調(diào)分辨率的內(nèi)插濾波器中。在這個(gè)情形下，音調(diào)搜尋的第三階段，即在被選擇整數(shù)音調(diào)延遲附近的小數(shù)被測(cè)試的階段，對(duì)具有不同低通濾波器特性的幾個(gè)內(nèi)插濾波器進(jìn)行重復(fù)，并且選擇使搜尋準(zhǔn)則C最大的小數(shù)和濾波器階數(shù)。
一個(gè)更簡(jiǎn)單的方法是在上面所描述的3個(gè)階段中完成這個(gè)搜尋，來使用具有一特定頻率響應(yīng)的一個(gè)內(nèi)插濾波器確定這個(gè)最佳的小數(shù)音調(diào)延遲，并且通過將不同的預(yù)定低通濾波器施加到被選擇的音調(diào)碼本矢量來在末端選擇最佳的低通濾波器形狀，并且選擇使這個(gè)音調(diào)預(yù)測(cè)誤差最小的低通濾波器。這個(gè)方法在下面將被詳細(xì)地討論。
圖3顯示了所提出這個(gè)方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的一個(gè)示意圖框圖。
在存儲(chǔ)器模塊303中，過去的激勵(lì)信號(hào)u(n)，n＜0被保存。這個(gè)音調(diào)碼本搜尋模塊301對(duì)這個(gè)目標(biāo)矢量x作出響應(yīng)，對(duì)開環(huán)音調(diào)延遲TOL作出響應(yīng)，對(duì)存儲(chǔ)器模塊303中的過去的激勵(lì)信號(hào)u(n)，n＜0作出響應(yīng)，來進(jìn)行一個(gè)音調(diào)碼本(音調(diào)碼本)搜尋來使上面所定義的準(zhǔn)則C最小。從模塊301中所進(jìn)行的這個(gè)搜尋的結(jié)果，模塊302產(chǎn)生最佳的音調(diào)碼本矢量vT。注意，因?yàn)槭褂昧艘粋€(gè)子采樣音調(diào)分辨率(小數(shù)音調(diào))，過去的激勵(lì)信號(hào)u(n)，n＜0被進(jìn)行內(nèi)插，并且這個(gè)音調(diào)碼本矢量vT與被進(jìn)行內(nèi)插的過去激勵(lì)信號(hào)相應(yīng)。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，這個(gè)內(nèi)插濾波器(在模塊301中，但是沒有顯示)具有一個(gè)能夠去除在7000赫茲以上頻率分量的低通濾波器特性。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，K濾波器特性被使用；這些濾波器特性可以是低通的，或者帶通濾波器特性。一旦這個(gè)最佳碼矢量vT被這個(gè)音調(diào)碼矢量產(chǎn)生器302所確定和提供，并且分別使用K個(gè)不同頻率形狀的濾波器，例如305(j)，其中j＝1，2，…，K，來計(jì)算K個(gè)被濾波的vT矢量版本。這些被濾波的版本分別表示為vf(j)，其中j＝1，2，…，K。不同的矢量vf(j)在相應(yīng)的模塊304(j)中，其中j＝1，2，…，K，被與脈沖響應(yīng)h進(jìn)行卷積，來獲得矢量y(j)，其中j＝1，2，…，K。為了對(duì)每一個(gè)矢量y(j)計(jì)算均方音調(diào)預(yù)測(cè)誤差，值y(j)通過一個(gè)相應(yīng)的放大器307(j)被乘以增益b，并且通過一個(gè)相應(yīng)的減法器308(j)從目標(biāo)矢量x中減去值by(j)。選擇器309選擇能夠使均方音調(diào)預(yù)測(cè)誤差最小的頻率形狀的濾波器305(j)。
e(j)＝‖x－b(j)y(j)‖2，j＝1，2，…，K為了對(duì)每一個(gè)值y(j)計(jì)算均方音調(diào)預(yù)測(cè)誤差e(j)，值y(j)通過一個(gè)相應(yīng)的放大器307(j)被乘以增益b，并且通過一個(gè)相應(yīng)的減法器308(j)從目標(biāo)矢量x中減去值b(j)y(j)。使用下面的關(guān)系，在與索引為j的頻率形狀濾波器相關(guān)的一個(gè)相應(yīng)增益計(jì)算器306(j)中計(jì)算每一個(gè)增益b(j)b(j)＝xty(j)/‖y(j)‖2在選擇器309中，參數(shù)b，T，和j被根據(jù)使均方音調(diào)預(yù)測(cè)誤差e最小的vT或者vf(j)來進(jìn)行選擇。
現(xiàn)在參考圖1，這個(gè)音調(diào)碼本索引T被進(jìn)行編碼，并且被發(fā)送到復(fù)用器112。這個(gè)音調(diào)增益b被進(jìn)行量化，并且被發(fā)送到復(fù)用器112。使用這個(gè)新的方法，就需要額外的信息來在復(fù)用器112中對(duì)具有被選擇頻率形狀濾波器的索引j進(jìn)行編碼。例如，如果使用了3個(gè)濾波器(j＝0，1，2，3)，就需要兩個(gè)比特來表示這個(gè)信息。這個(gè)濾波器索引信息j也可以被與音調(diào)增益b一起進(jìn)行編碼。
新的碼本搜尋一旦這個(gè)音調(diào)，或者LTP(長(zhǎng)期預(yù)測(cè))參數(shù)b，T，和j被確定了，下一個(gè)步驟就是通過圖1的搜尋模塊110來搜尋最佳的新激勵(lì)。首先，通過減去這個(gè)LTP的貢獻(xiàn)來更新這個(gè)目標(biāo)矢量xx′＝x－byT其中b是音調(diào)增益，yT是被濾波的音調(diào)碼本矢量(被延遲T的過去激勵(lì)被使用選擇的低通濾波器進(jìn)行濾波，并且被與上面參考圖3所描述的脈沖響應(yīng)h進(jìn)行卷積)。
通過發(fā)現(xiàn)使在這個(gè)目標(biāo)矢量與被縮放的被濾波碼矢量之間的均方誤差最小的最佳激勵(lì)碼矢量ck和增益g，來執(zhí)行CELP中的這個(gè)搜尋過程E＝‖x′－gHck‖2
其中H是從這個(gè)脈沖響應(yīng)矢量h推導(dǎo)出來的一個(gè)下三角卷積矩陣。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，通過如美國(guó)專利中所描述的一個(gè)代數(shù)碼本，在模塊110中執(zhí)行這個(gè)新的碼本搜尋，這些美國(guó)專利包括1995年8月22日授權(quán)的5,444,816(Adoul等人)；在1997年12月17日被授權(quán)給Adoul等人的美國(guó)專利號(hào)5,699,482；在1998年5月19日被授權(quán)給Adoul等人的5,754,976；和在1997年12月23日授權(quán)的5,701,392(Adoul等人)。
一旦這個(gè)模塊110選擇了最佳激勵(lì)碼矢量ck和其增益g，這個(gè)碼本索引k和增益g就被進(jìn)行編碼并且被發(fā)送給復(fù)用器112。
現(xiàn)在參考圖1，在通過一個(gè)通信信道被發(fā)送以前，參數(shù)b，T，j， ，k和g通過復(fù)用器112被復(fù)用。
存儲(chǔ)器更新在存儲(chǔ)器模塊111(圖1)中，通過使用加權(quán)合成濾波器對(duì)這個(gè)激勵(lì)信號(hào)u＝gck＋bvT進(jìn)行濾波，來更新被加權(quán)合成濾波器W(z)/ 的狀態(tài)。在這個(gè)濾波后，這個(gè)濾波器的狀態(tài)被記住，并且在下一個(gè)子幀時(shí)作為初始狀態(tài)使用來在計(jì)算器模塊108中計(jì)算零輸入響應(yīng)。
與在目標(biāo)矢量x的情形相同，可以使用其它替代的、但是在數(shù)學(xué)上與對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員眾所周知的方法等價(jià)的方法來更新這個(gè)濾波器的狀態(tài)。
解碼器側(cè)圖2的語音解碼設(shè)備200顯示了在數(shù)字輸入222(到解復(fù)用器217的輸入流)和輸出采樣語音223(加法器221的輸出)之間執(zhí)行的各種步驟。
解復(fù)用器217從在一個(gè)數(shù)字輸入信道上接收的二進(jìn)制信息中提取這些合成模型參數(shù)。從每一個(gè)接收的二進(jìn)制幀中，被提取的參數(shù)是-短期預(yù)測(cè)參數(shù)(STP) (每幀一次)；
-長(zhǎng)期預(yù)測(cè)參數(shù)(LTP)T，b，和j(對(duì)每一個(gè)子幀)；和-新的碼本索引k和增益g(對(duì)每一個(gè)子幀)。
目前的語音信號(hào)是基于這些參數(shù)而被合成的，這在下面將更詳細(xì)地描述。
新碼本218對(duì)這個(gè)索引k作出響應(yīng)，來產(chǎn)生通過一個(gè)放大器224被放大了解碼增益因子g倍的新碼矢量ck。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，如在上面所提到的美國(guó)專利號(hào)5,444,816；5,699,482；5,754,976；和5,701,392中所描述的一個(gè)新的碼本218被用于表示這個(gè)新的碼矢量ck。
在放大器224的輸出所產(chǎn)生的被縮放的碼矢量ck通過一個(gè)新的濾波器205被進(jìn)行處理。
周期性的增強(qiáng)在放大器224的輸出所產(chǎn)生的被縮放的碼矢量通過一個(gè)與頻率相關(guān)的音調(diào)增強(qiáng)器205進(jìn)行處理。
增強(qiáng)這個(gè)激勵(lì)信號(hào)u的周期性改善了濁音段的質(zhì)量。在過去，這是通過使用形式為1/(1－εbz-T)的一個(gè)濾波器對(duì)來自新碼本(固定碼本)218的新矢量進(jìn)行濾波而實(shí)現(xiàn)的，其中ε是在0.5以下的一個(gè)因子，它控制了所引入周期性的數(shù)目。在寬帶信號(hào)的情形下，這個(gè)方法不是很有效，因?yàn)樗谡麄€(gè)頻譜范圍內(nèi)引入了周期性。一個(gè)新的替代方法被公開了，它是本發(fā)明的一部分，由此通過使用一個(gè)新的濾波器205(F(z))來對(duì)來自新碼本(固定碼本)的新碼矢量ck進(jìn)行濾波，而實(shí)現(xiàn)其周期性的增強(qiáng)，這個(gè)新濾波器205的頻率響應(yīng)對(duì)高頻分量的加重比低頻分量高。F(z)的系數(shù)與激勵(lì)信號(hào)u的周期性的數(shù)目相關(guān)。
可以使用對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)普通接收人員眾所周知的很多方法來獲得有效的周期性系數(shù)。例如，增益b的值提供了一個(gè)周期性的指示。即，如果增益b的值接近1，激勵(lì)信號(hào)u的周期性就高，并且如果增益b的值比0.5小，然后周期性就低。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中所使用的、用于推導(dǎo)濾波器F(z)系數(shù)的另一個(gè)有效的方法是將它們與音調(diào)對(duì)總激勵(lì)信號(hào)u的貢獻(xiàn)進(jìn)行相關(guān)。這導(dǎo)致了與子幀周期性相關(guān)的一個(gè)頻率響應(yīng)，其中對(duì)更高的音調(diào)增益來說，高頻分量被極大的加強(qiáng)(整體斜率更強(qiáng))。當(dāng)這個(gè)激勵(lì)信號(hào)u的周期性更強(qiáng)時(shí)，新濾波器205具有降低新碼矢量ck在低頻分量上的能量的效果，與高頻分量相比，這增強(qiáng)了激勵(lì)信號(hào)u在低頻部分的周期性。所建議的新濾波器205的形式是(1)F(z)＝1－σz-1或者(2)F(z)＝-αz＋1-αz-1其中σ或者α是從激勵(lì)信號(hào)u的周期性程度推導(dǎo)出來的周期性因子。
第二個(gè)3項(xiàng)形式的F(z)被用于一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式。在濁音因子產(chǎn)生器204中計(jì)算這個(gè)周期性因子α?？梢允褂脦讉€(gè)方法來根據(jù)激勵(lì)信號(hào)u的周期性推導(dǎo)出周期性因子α。下面顯示了兩個(gè)方法。
方法1首先，在濁音因子(voicing factor)產(chǎn)生器204中通過下面的關(guān)系計(jì)算音調(diào)對(duì)總激勵(lì)信號(hào)u的貢獻(xiàn)的比值Rp=b2vTtvTutu=b2Σn=0N-1vT2(n)Σn=0N-1u2(n)]]>其中vT是音調(diào)碼本矢量，b是音調(diào)增益，和u是在加法器219由下面的關(guān)系所給出的激勵(lì)信號(hào)uu＝gck＋bvT注意項(xiàng)bvT在音調(diào)碼本(音調(diào)碼本)201中的源與音調(diào)延遲T和被保存在存儲(chǔ)器203中的u的過去值相應(yīng)。然后，使用一個(gè)低通濾波器202來處理來自這個(gè)音調(diào)碼本201的音調(diào)碼矢量vT，這個(gè)低通濾波器202的截止頻率可以通過來自解復(fù)用器217的索引j進(jìn)行調(diào)節(jié)。然后，所產(chǎn)生的碼矢量vT被一個(gè)放大器226乘以來自解復(fù)用器217的增益b，以獲得信號(hào)bvT。
在濁音因子產(chǎn)生器204中使用下面的關(guān)系產(chǎn)生因子αα＝qRp其約束條件是α＜q
其中q是控制增強(qiáng)數(shù)量的一個(gè)因子(在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，q被設(shè)置為0.25)。
方法2在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中所使用的、用于計(jì)算周期性因子α的另一個(gè)方法在下面將被討論。
首先，使用下面的關(guān)系來在濁音因子產(chǎn)生器204中產(chǎn)生一個(gè)濁音因子rvrv＝(Ev－Ec)/(Ev＋Ec)其中Ev是被縮放的音調(diào)碼矢量bvT的能量，而Ec是被縮放的新碼矢量gck的能量。即Ev=b2vTtvT=b2Σn=0N-1vT2(n)]]>和Ec=g2cktck=g2Σn=0N-1ck2(n)]]>注意，rv的值在-1和1之間(1相應(yīng)于純濁音信號(hào)(purely voicedsignal)，-1相應(yīng)于純清音(purely unvoiced)信號(hào))。
在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，然后使用下面的關(guān)系來在濁音因子產(chǎn)生器204中產(chǎn)生一個(gè)濁音因子αα＝0.125(1＋rv)對(duì)純清音信號(hào)來說，這相應(yīng)于一個(gè)值0，對(duì)純濁音信號(hào)來說，這相應(yīng)于值0.25。
首先，在上面所描述的方法1和2中的，F(xiàn)(z)的兩個(gè)項(xiàng)形式，周期性因子σ可以被使用σ＝2α來進(jìn)行近似。在這樣一個(gè)情形下，在上面所描述的方法1中，如下面來計(jì)算周期性因子σσ＝2q Rp其約束條件是σ＜2q。
在方法2中，如下面的來計(jì)算周期性因子σσ＝0.25(1＋rv)所以，通過使用新濾波器205(F(z))來對(duì)被縮放的新碼矢量gck進(jìn)行濾波，來計(jì)算這個(gè)被增強(qiáng)的信號(hào)cf。
加法器220這樣來計(jì)算被增強(qiáng)的激勵(lì)信號(hào)u′u′＝cf＋bvT注意，在編碼器100中不執(zhí)行這個(gè)過程。這樣，就需要使用沒有增強(qiáng)的這個(gè)激勵(lì)信號(hào)u來更新音調(diào)碼本201的內(nèi)容，來在編碼器100與解碼器200之間保持同步。所以，這個(gè)激勵(lì)信號(hào)u被用于更新音調(diào)碼本201的存儲(chǔ)器203，并且被增強(qiáng)的激勵(lì)信號(hào)u′被用于LP合成濾波器206的輸入。
合成與去加重通過其形式為 的LP合成濾波器206來對(duì)被增強(qiáng)的激勵(lì)信號(hào)u′進(jìn)行濾波，來計(jì)算被合成的信號(hào)s′，其中 是當(dāng)前子幀中的內(nèi)插LP濾波器。如從圖2中可以看出的，來自解復(fù)用器217的、在線225上的被量化LP系數(shù) 被提供到LP合成濾波器206，來相應(yīng)地調(diào)節(jié)這個(gè)LP合成濾波器206的參數(shù)。去加重濾波器207是圖1中預(yù)加重濾波器103的逆。去加重濾波器207的轉(zhuǎn)移函數(shù)如下D(z)＝1/(1－μz-1)其中μ是一個(gè)預(yù)加重因子，其值為0到1之間(一個(gè)典型的值是μ＝0.7)。一個(gè)高階的濾波器也可以被使用。
矢量s′被通過去加重濾波器D(z)(模塊207)進(jìn)行濾波，來獲得這個(gè)矢量sα，這個(gè)矢量通過高通濾波器208，來去除在50赫茲以下的、不希望有的頻率分量，并且進(jìn)一步獲得sh。
過采樣與高頻再生過采樣模塊209執(zhí)行圖1下采樣模塊101的逆過程。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，過采樣將12.8kHz的采樣速率轉(zhuǎn)換為初始的16kHz的采樣速率，所使用的技術(shù)是該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員眾所周知的。過采樣的合成信號(hào)被表示為。信號(hào)也可以被稱作被合成的寬帶中間信號(hào)。
過采樣合成信號(hào)不包括在編碼器100中進(jìn)行下采樣過程中(圖1的模塊101)時(shí)所丟失的高頻分量。這給出了一個(gè)合成語音信號(hào)的低通感知。為了恢復(fù)原始信號(hào)的全頻帶，公開了一個(gè)高頻產(chǎn)生過程。這個(gè)過程是在模塊210到216，和加法器221中被執(zhí)行的，并且需要來自濁音因子產(chǎn)生器204的輸入(圖2)。
在這個(gè)新方法中，通過使用在一個(gè)激勵(lì)域中被合適放大的一個(gè)白噪聲填充在頻譜的上部分，來產(chǎn)生高頻分量，然后高頻分量被轉(zhuǎn)換到語音域，優(yōu)選使用用于合成下采樣信號(hào)的相同LP合成濾波器來對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行整形。
下面，描述根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)高頻產(chǎn)生過程。
這個(gè)隨機(jī)噪聲產(chǎn)生器213產(chǎn)生其頻譜在整個(gè)頻譜帶寬內(nèi)是平坦的一個(gè)白噪聲序列w′，所使用的技術(shù)是該領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員眾所周知的。所產(chǎn)生的序列的長(zhǎng)度是N′，這是初始域中子幀的長(zhǎng)度。注意，N是下采樣域內(nèi)子幀的長(zhǎng)度。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，N＝64和N′＝80，這相應(yīng)于5毫秒。
在增益調(diào)節(jié)模塊214中，白噪聲序列被正確地放大。增益調(diào)節(jié)包括下面的步驟。首先，所產(chǎn)生的噪聲序列w′的能量被設(shè)置成與一個(gè)能量計(jì)算模塊210計(jì)算的增強(qiáng)激勵(lì)信號(hào)u′的能量相等，并且所產(chǎn)生的放大噪聲序列如下w(n)=w′(n)Σn=0N-1u′2(n)Σn=0N′′-1w′2(n),n=0,...,N′-1]]>在增益伸縮中的第二步驟需要考慮在濁音因子產(chǎn)生器204的輸出上的被合成信號(hào)的高頻分量，以減少在濁音段的情形下(與清音段(unvoiced segment)相比，其中較少的能量出現(xiàn)在高頻分量上)所產(chǎn)生的噪聲能量。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，通過使用一個(gè)頻譜傾斜計(jì)算器212來測(cè)量合成信號(hào)的傾斜，并且相應(yīng)地減少其能量來實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻分量的測(cè)量。其它步驟，例如零交叉步驟可以被平均地使用。當(dāng)這個(gè)傾斜很強(qiáng)時(shí)，這與濁音段相應(yīng)，就可以進(jìn)一步減少噪聲能量。在模塊212中，傾斜因子被計(jì)算并且被作為合成信號(hào)sh的第一相關(guān)系數(shù)，表示為如下
條件是傾斜≥0和傾斜≥rv其中濁音因子rv如下rv＝(Ev－Ec)/(Ev＋Ec)其中Ev是被放大的音調(diào)碼矢量bvT的能量，并且Ec是被放大的新碼矢量gck的能量，如前面所描述的。濁音因子rv通常是比傾斜小的，但是這個(gè)條件被引入作為一個(gè)預(yù)防高頻音調(diào)的措施，其中這個(gè)傾斜值是負(fù)的并且rv的值比較大。所以，這個(gè)條件減少了這種音調(diào)信號(hào)的噪聲能量。
在平坦頻譜的情形下，傾斜值是0，在強(qiáng)濁音信號(hào)的情形下，傾斜的值是1，并且在大多數(shù)能量在高頻分量上的清音信號(hào)的情形下時(shí)，傾斜值是負(fù)的。
可以使用不同的方法來從高頻分量的數(shù)量推導(dǎo)伸縮因子gt。在本發(fā)明中，根據(jù)上面所描述的信號(hào)的傾斜，給出了兩個(gè)方法。
方法1伸縮因子gt是使用下面的關(guān)系從這個(gè)傾斜推導(dǎo)出的gt＝1-傾斜 約束條件是0.2≤gt≤1.0對(duì)這個(gè)傾斜接近1的強(qiáng)濁音信號(hào)，gt是0.2，對(duì)強(qiáng)清音信號(hào)，gt是1.0。
方法2首先，這個(gè)傾斜gt被限制到大于0或者等于0，然后使用下面的關(guān)系從這個(gè)傾斜推導(dǎo)出這個(gè)伸縮因子gt＝10-0.6傾斜所以，在增益調(diào)節(jié)模塊214中被產(chǎn)生的被縮放噪聲序列wg如下wg＝gtw當(dāng)這個(gè)傾斜接近0時(shí)，伸縮因子gt接近0，這不產(chǎn)生能量壓縮。當(dāng)傾斜值是1時(shí)，伸縮因子gt能夠?qū)е滤a(chǎn)生的噪聲能量減少2dB。
一旦這個(gè)噪聲被正確的放大(wg)，它被使用頻譜整形器215而轉(zhuǎn)換到語音域中。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，這是通過使用在下采樣域(1/A(z/0.8)^)]]>中所使用的相同LP合成濾波器的一個(gè)帶寬被擴(kuò)展的版本對(duì)噪聲Wg進(jìn)行濾波而實(shí)現(xiàn)的。在頻譜整形器215中計(jì)算相應(yīng)的帶寬擴(kuò)展LP濾波器系數(shù)。
然后，被濾波的、被縮放的噪聲序列wf被進(jìn)行帶通濾波到所需要的頻率范圍，以使用帶通濾波器216被恢復(fù)。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，帶通濾波器216將噪聲序列的頻率范圍限制到5.6-7.2kHz。所產(chǎn)生的帶通濾波噪聲序列z被在加法器221中相加到過采樣合成語音信號(hào)上，以在輸出223上獲得最后的重構(gòu)聲音信號(hào)sout。
盡管，這里已經(jīng)通過本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，在上面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是可以在后附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行修改，而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神與本質(zhì)。盡管這個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式討論了寬帶語音信號(hào)的使用，但是該領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員很清楚，本發(fā)明也可以一般地用于使用寬帶信號(hào)的其它實(shí)施方式，并且這不需要局限于語音應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一個(gè)感覺加權(quán)設(shè)備，用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)作出響應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)，以減少在一個(gè)加權(quán)寬帶信號(hào)和一個(gè)隨后被合成的加權(quán)寬帶信號(hào)之間的差異，所述感覺加權(quán)設(shè)備包括a)一個(gè)信號(hào)預(yù)加重濾波器，對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)作出響應(yīng)，用于增強(qiáng)這個(gè)寬帶信號(hào)的高頻分量，由此產(chǎn)生一個(gè)預(yù)加重的信號(hào)；b)一個(gè)合成濾波器計(jì)算器，對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)作出響應(yīng)，用于產(chǎn)生合成濾波器系數(shù)；和c)一個(gè)感覺加權(quán)濾波器，對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)和合成濾波器系數(shù)作出響應(yīng)，用于相對(duì)于合成濾波器系數(shù)來對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)進(jìn)行濾波，由此產(chǎn)生感覺加權(quán)的信號(hào)，這個(gè)感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的分母是固定的，由此在一個(gè)共振峰區(qū)域中對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行加權(quán)基本上可以與對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)的一個(gè)頻譜傾斜分開。
2.如權(quán)利要求1的感覺加權(quán)設(shè)備，其中所述信號(hào)預(yù)加重濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子。
3.如權(quán)利要求2的感覺加權(quán)設(shè)備，其中所述預(yù)加重因子μ是0.7。
4.如權(quán)利要求2的感覺加權(quán)設(shè)備，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
5.如權(quán)利要求4的感覺加權(quán)設(shè)備，其中γ2的值被設(shè)置為等于等于μ。
6.如權(quán)利要求1的感覺加權(quán)設(shè)備，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1-γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
7.如權(quán)利要求6的感覺加權(quán)設(shè)備，其中γ2的值被設(shè)置為等于等于μ。
8.用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)作出響應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)以減少在一個(gè)加權(quán)寬帶信號(hào)和一個(gè)隨后被合成的加權(quán)寬帶信號(hào)之間的差異的感覺加權(quán)方法，所述感覺加權(quán)方法包括a)對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生其高頻分量被增強(qiáng)的一個(gè)預(yù)加重的信號(hào)；b)從這個(gè)預(yù)加重的信號(hào)計(jì)算出合成濾波器系數(shù)；和c)相對(duì)于合成濾波器系數(shù)來對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)進(jìn)行濾波，由此產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的語音信號(hào)，這個(gè)濾波過程包括通過其轉(zhuǎn)移函數(shù)的分母是固定的一個(gè)感覺加權(quán)濾波器對(duì)這個(gè)預(yù)加重信號(hào)進(jìn)行處理，由此在一個(gè)共振峰區(qū)域中對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行加權(quán)基本上可以與對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)的一個(gè)頻譜傾斜分開。
9.如權(quán)利要求8的用于產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的方法，其中對(duì)這個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行濾波包括使用轉(zhuǎn)移函數(shù)為如下形式的濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子。
10.如權(quán)利要求9的用于產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的方法，其中所述預(yù)加重因子μ是0.7。
11.如權(quán)利要求9的用于產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的方法，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
12.如權(quán)利要求11的用于產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的方法，其中γ2的值被設(shè)置為等于等于μ。
13.如權(quán)利要求8的用于產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的方法，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
14.如權(quán)利要求13的用于產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的方法，其中γ2的值被設(shè)置為等于等于μ。
15.用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器，這個(gè)編碼器包括a)一個(gè)如權(quán)利要求1所述的感覺加權(quán)設(shè)備；b)一個(gè)音調(diào)碼本搜尋設(shè)備，對(duì)所述感覺加權(quán)信號(hào)作出響應(yīng)，用于產(chǎn)生音調(diào)碼本參數(shù)和一個(gè)新的搜尋目標(biāo)矢量；c)一個(gè)新的碼本搜尋設(shè)備，對(duì)所述合成濾波器系數(shù)與所述新搜尋目標(biāo)矢量作出響應(yīng)，用于產(chǎn)生新的碼本參數(shù)；和d)一個(gè)信號(hào)形成設(shè)備，用于產(chǎn)生包括所述音調(diào)碼本參數(shù)，所述新的碼本參數(shù)，和所述合成濾波器系數(shù)的一個(gè)編碼寬帶信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15的編碼器，其中所述信號(hào)預(yù)加重濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子。
17.如權(quán)利要求16的編碼器，其中所述預(yù)加重因子μ是0.7。
18.如權(quán)利要求16的編碼器，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1-γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
19.如權(quán)利要求18的編碼器，其中γ2的值被設(shè)置為等于等于μ。
20.如權(quán)利要求15的編碼器，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
21.如權(quán)利要求20的編碼器，其中γ2的值被設(shè)置為等于等于μ。
22.用于向被劃分為多個(gè)小區(qū)的一個(gè)大的地理區(qū)域提供服務(wù)的一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)，包括a)移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元；b)蜂窩基站，相應(yīng)地位于所述小區(qū)中；c)一個(gè)控制終端，用于控制在這些蜂窩基站之間的通信；d)在位于一個(gè)小區(qū)中的每一個(gè)移動(dòng)單元與所述一個(gè)小區(qū)的這個(gè)蜂窩基站之間的一個(gè)雙向無線通信子系統(tǒng)，在這個(gè)移動(dòng)單元與這個(gè)蜂窩基站中，所述雙向無線通信子系統(tǒng)包括i)一個(gè)發(fā)送器，包括一個(gè)如權(quán)利要求15的對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器和用于發(fā)送這個(gè)被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)發(fā)送電路；和ii)一個(gè)接收器，包括用于接收一個(gè)被發(fā)送的被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)接收器電路和用于對(duì)所接收的被編碼寬帶信號(hào)進(jìn)行解碼的一個(gè)解碼器。
23.如權(quán)利要求22的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述信號(hào)預(yù)加重濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子。
24.如權(quán)利要求23的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述預(yù)加重因子μ是0.7。
25.如權(quán)利要求23的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
26.如權(quán)利要求25的蜂窩通信系統(tǒng)，其中μ被設(shè)置為等于γ2。
27.如權(quán)利要求22的蜂窩通信系統(tǒng)，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
28.如權(quán)利要求27的蜂窩通信系統(tǒng)，其中γ2的值被設(shè)置為等于μ。
29.一個(gè)蜂窩移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元，包括a)一個(gè)發(fā)送器，包括如權(quán)利要求15的用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的編碼器和用于發(fā)送這個(gè)被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)發(fā)送電路；和b)一個(gè)接收器，包括用于接收一個(gè)被發(fā)送的被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)接收器電路和用于對(duì)所接收的被編碼寬帶信號(hào)進(jìn)行解碼的一個(gè)解碼器。
30.如權(quán)利要求29的蜂窩移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元，其中所述信號(hào)預(yù)加重濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子。
31.如權(quán)利要求30的蜂窩移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元，其中所述預(yù)加重因子μ是0.7。
32.如權(quán)利要求30的蜂窩移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
33.如權(quán)利要求32的蜂窩移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元，其中γ2的值被設(shè)置為等于μ。
34.如權(quán)利要求29的蜂窩移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
35.如權(quán)利要求34的蜂窩移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元，其中γ2的值被設(shè)置為等于μ。
36.一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)部件，包括a)一個(gè)發(fā)送器，包括如權(quán)利要求15的用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器和用于發(fā)送這個(gè)被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)發(fā)送電路；和b)一個(gè)接收器，包括用于接收一個(gè)被發(fā)送的被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)接收器電路和用于對(duì)所接收的被編碼寬帶信號(hào)進(jìn)行解碼的一個(gè)解碼器。
37.如權(quán)利要求36的蜂窩網(wǎng)絡(luò)部件，其中所述信號(hào)預(yù)加重濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子。
38.如權(quán)利要求37的蜂窩網(wǎng)絡(luò)部件，其中所述預(yù)加重因子μ是0.7。
39.如權(quán)利要求37的蜂窩網(wǎng)絡(luò)部件，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
40.如權(quán)利要求39的蜂窩網(wǎng)絡(luò)部件，其中γ2的值被設(shè)置為等于μ。
41.如權(quán)利要求36的蜂窩網(wǎng)絡(luò)部件，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
42.如權(quán)利要求41的蜂窩網(wǎng)絡(luò)部件，其中γ2的值被設(shè)置為等于μ。
43.用于向被劃分為多個(gè)小區(qū)的一個(gè)大的地理區(qū)域提供服務(wù)的一個(gè)蜂窩通信系統(tǒng)，包括移動(dòng)發(fā)送器/接收器單元；蜂窩基站，相應(yīng)地位于所述小區(qū)中；一個(gè)控制終端，用于控制在這些蜂窩基站之間的通信在位于一個(gè)小區(qū)中的每一個(gè)移動(dòng)單元與所述一個(gè)小區(qū)的這個(gè)蜂窩基站之間的一個(gè)雙向無線通信子系統(tǒng)，在這個(gè)移動(dòng)單元與這個(gè)蜂窩基站中，所述雙向無線通信子系統(tǒng)包括a)一個(gè)發(fā)送器，包括如權(quán)利要求15的用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)進(jìn)行編碼的一個(gè)編碼器和用于發(fā)送這個(gè)被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)發(fā)送電路；和b)一個(gè)接收器，包括用于接收一個(gè)被發(fā)送的被編碼寬帶信號(hào)的一個(gè)接收器電路和用于對(duì)所接收的被編碼寬帶信號(hào)進(jìn)行解碼的一個(gè)解碼器。
44.如權(quán)利要求43的雙向無線通信子系統(tǒng)，其中所述信號(hào)預(yù)加重濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下P(z)＝1－μz-1其中μ是值為在0和1之間的一個(gè)預(yù)加重因子。
45.如權(quán)利要求44的雙向無線通信子系統(tǒng)，其中所述預(yù)加重因子μ是0.7。
46.如權(quán)利要求44的雙向無線通信子系統(tǒng)，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
47.如權(quán)利要求46的雙向無線通信子系統(tǒng)，其中γ2的值被設(shè)置為等于μ。
48.如權(quán)利要求43的雙向無線通信子系統(tǒng)，其中所述感覺加權(quán)濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式如下W(z)＝A(z/γ1)/(1－γ2z-1)，其中0＜γ2＜γ1≤1，并且γ1，γ2是加權(quán)控制值。
49.如權(quán)利要求48的雙向無線通信子系統(tǒng)，其中γ2的值被設(shè)置為等于μ。
全文摘要
用于對(duì)一個(gè)寬帶信號(hào)作出響應(yīng),產(chǎn)生一個(gè)感覺加權(quán)的信號(hào)的一個(gè)感覺加權(quán)設(shè)備,包括一個(gè)信號(hào)預(yù)加重濾波器,一個(gè)合成濾波器計(jì)算器,和一個(gè)感覺加權(quán)濾波器。這個(gè)信號(hào)預(yù)加重濾波器增強(qiáng)這個(gè)寬帶信號(hào)的高頻分量,由此產(chǎn)生一個(gè)預(yù)加重的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)預(yù)加重濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的形式為P(z)=1－μz
文檔編號(hào)H04Q7/22GK1328682SQ99813602
公開日2001年12月26日 申請(qǐng)日期1999年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月27日
發(fā)明者布魯諾·貝塞特, 雷德溫·薩拉米, 羅奇·勒福雷 申請(qǐng)人:沃斯艾格公司