專利名稱::Celp技術(shù)中改進的數(shù)字音頻信號的編碼/解碼的制作方法CELP技術(shù)中改進的數(shù)字音頻信號的編碼/解碼本發(fā)明涉及使用"碼激勵線性預測(CELP)"技術(shù)的數(shù)字音頻信號編碼/解碼。對于這些信號的傳輸或存儲,需要對其進行壓縮模式的編碼。該信號可為語音信號,更一般地。,可為數(shù)字化的聲音信號。更具體地,本發(fā)明涉及預測編碼技術(shù),其中-首先執(zhí)行輸入信號的短期預測,來估計合成濾波器(稱為"LPC"濾波器,其中LPC代表"線性預測編碼");-然后,將通過用LPC濾波器對原始信號進行濾波獲得的殘差信號模型化(通過進行濾波來生成重構(gòu)信號的所謂"激勵"信號)并將其編碼。更具體地,本發(fā)明涉及CELP編碼器家族,所述CELP編碼器通過將合成濾波器的輸出(其由激勵信號激勵)與原始信號進行比較、并引入感知加權(quán),而從一組候選信號中選擇激勵信號。這些編碼器被廣泛用于6Kbit/s到24Kbit/s的語音信號編碼,并顯著適用于ITU-TG.729、GSM畫EFR、3GPP/WB-AMR標準。本發(fā)明有利地適用于下文中詳細描述的分級編碼系統(tǒng),對于分級編碼系統(tǒng),通過其后跟隨有補充層的基本層形成比特流,以增強質(zhì)量。現(xiàn)有技術(shù)的情況圖1給出了CELP編碼器的一般圖表。圖2介紹了相關(guān)的解碼器。特別給出該類編碼器/解碼器的相關(guān)細節(jié)作為基本參考"Code-ExcitedLinearPrediction(CELP):HighQualitySpeechatVeryLowBitRates(碼激勵線性預測低比特率的高質(zhì)量語音)",B.S.AtalandM.R.Schroeder,ICASSP,1985,pp.937-940。參考圖1,編碼器將輸入信號S(n)分割為抽樣塊或"幀,,(通常以10到20ms的信號的序列)。然后,執(zhí)行LPC分析10,以估計和量化短期線性預測濾波器的參數(shù)。然后,在大多數(shù)情況下,利用兩個碼本來實現(xiàn)激勵信號exc(z)的模擬-適應性碼本DICa,其趨向于對諧音的周期進行模擬;以及-所謂的"固定"碼本DICf,其用于非諧音部分和非語音聲音。本發(fā)明主要針對"固定"碼本DICf,而下文優(yōu)選地未處理涉及適應性碼本DICa的部分。激勵信號的模擬一般在對應于信號子幀的抽樣塊上執(zhí)行,其中,該子幀通常為5ms的序列。在下文中,將會考慮包含N個抽樣(例如,在8KHz抽樣頻率上的N=40個抽樣)的信號子幀的情況。在該編碼器中,通過將感知加權(quán)誤差信號的能量最小化,而實現(xiàn)碼本(也稱為"矢量碼"或"波形")中的最優(yōu)碼字的選擇,表達為如下類型的關(guān)系式E(z)=W(z)(S(z)-(z)),其中,符號E(z)、S(z)、(z)分別表示加權(quán)誤差信號的z變換、將被編碼的原始信號的z變換和重構(gòu)信號的z變換。濾波器W(z)是感知加權(quán)濾波器11(通常為類型^Iil,A(z)指信號excpast(n)和exQu鬧t(n)分別代表過去的激勵信號(在當前塊上為零信號)和當前的激勵信號(零記憶信號)。因此,在適應性碼本DICa和固定碼本DICf的輸出處,將各自適當?shù)脑鲆鎔=g:和g=g1分別作用到信號c(n)=c:(n)和c(n)=c1(n)上。然后,將這些信號加在一起獲得激勵信號exc(n)。更具體地,在圖l的實施例中,根據(jù)如下類型的關(guān)系式定義了信號g(n),其中,z變換代表對過去激勵的預測A(z/y2)LPC分析濾波器,因子7l和72調(diào)整感知加權(quán)的程度)。加權(quán)誤差信號E(z)可通過如下類型的關(guān)系式表示為:E(z)=~(res(z)-exc(z)),其中隱1/Aq(z)對應于LPC合成濾波器12;-res(z)是LPC殘差信號;-exc(z)是如下定義的激勵信號<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>通常還定義了混合濾波器以及通過如下類型的關(guān)系式定義了"濾波的目標信號"<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>從這些關(guān)系式可推出,對于加權(quán)誤差信號,為如下類型的表達式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>CELP的極小化準則(隨后的模塊13和模塊14)表示為在碼本中搜索使以下量最小化、的波形{c(n);0《n《N-l}:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>元素《h(n》表示濾波器H(其由上文的關(guān)系式(l)定義)的脈沖響應一般認為濾波器H是因果的,即,n<0時元素h(n)為零。然而,在下文中,將假定更一般的情況,即,n<0時,全部或部分的元素h(n)可為非零的。通常,在文獻"FastCELPcodingbasedonalgebraiccodes(基于代數(shù)碼的快速CELP編碼)",J.P.Adoul,P,Mabilleau,M.Delprat,S.Morissette,ICASSP1987,pp.1957-1960中解釋的所謂的逆(backward)濾波技術(shù)可用于通過下式預先計算用于分子的、所有矢量所通用的元素(尤其是目標矢量和濾波器H(z)間的互相關(guān)性)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>k的范圍為0到N-l。類似地,可在在碼本中進行搜索之前計算濾波器H(z)的自相關(guān)性,并利用該自相關(guān)性來加快分母的計算速度,其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中,,k和k,的范圍為0到N-l。量化與所選矢量碼相關(guān)的最優(yōu)增益。發(fā)送(通過無線電通信網(wǎng)絡)量化索引和與所選矢量碼相關(guān)的索引,或簡單地將其存儲以用于隨后的傳輸。則解碼都是在這些索引的基礎上發(fā)生的。參考圖2,在解碼中,對各自的增益g^,gi進行解碼,并可分別使用所選的矢量碼的索引i。Pt,i。Pt來獲取其分量元素,重構(gòu)激勵信號,af然后重構(gòu)該信號(隨后的模塊21和模塊22)。激勵碼本的選擇受比特率、質(zhì)量(或?qū)τ诮o定比特率的效率)和復雜性的約束。對于有限的比特率,很難為將要編碼的任意信號獲得好的重現(xiàn)質(zhì)量。復雜性也是重要因素。對于所有的通信應用來說,實時約束在計算時間上施加了局限性。文獻中所提的第一CELP碼本是通過隨機提取的矢量碼來構(gòu)成的,對于碼本的每一矢量來說,其強加了對判別式的分子和分母的計算。搜索最優(yōu)碼字則令人望而卻步地復雜。然后提出結(jié)構(gòu)化的碼本來加快對最優(yōu)波形的搜索,通過碼本結(jié)構(gòu),利用矢量間引入的關(guān)系為不同的輸入信號進行一次特定的搜索計算(或"通用計算")。最受歡迎的結(jié)構(gòu)化碼本之一是代數(shù)碼本家族,其由脈沖組成,其中,所述脈沖的位置由代數(shù)碼定義,或甚至基于一組規(guī)則或非規(guī)則的點(通常為Gosset陣列)來定義。最傳統(tǒng)的碼本代表是眾所周知的ACELP("代數(shù)CELP")。這些結(jié)構(gòu)化的碼本能夠避免碼字的存儲,雙射關(guān)系使其能夠根據(jù)索引計算矢量碼的元素。索算法(effectivefocusedexplorationalgorithms)力口速的'l"夬速4叟索。因此,對于多脈沖碼本,如果假定該碼本的矢量由幅度為Sk的K個脈沖組成,其中,k的范圍為0到K-l(實際上的這些幅度常常簡化為簡單的符號),那么,上文所定義的分子和分母的表達式可簡化為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>以及<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中,ak和aj代表脈沖出現(xiàn)的位置。然而,當比特率的約束限制了這些碼本的大小時,這些碼本在內(nèi)容上則會缺乏豐富性。由于該原因,脈沖變少了且非常稀疏。采用術(shù)語"稀疏碼本"。所有的非零采樣均具有相同的幅度,而且很難正確地在具有非常少脈沖的塊中的采樣之間表現(xiàn)出幅度的平衡性。由使用非常差的代數(shù)碼本引起的衰減則是可以聽得出來的。例如,其通過信號的某些沙吸聲來表現(xiàn)其特征。為了克服這些缺點,在第6,029,125號美國專利中提出了所謂的"減少稀疏"技術(shù)。其提出了通過加入噪聲信號或者利用全通濾波器進行濾波,來豐富具有較少脈沖(并從而表現(xiàn)出某種"稀疏")的多脈沖碼本,所述全通濾波器的濾波在不需要修正信號頻譜系數(shù)的情況下使脈沖分散(disperses)。該濾波主要作用在相位上。碼本的這些修正可在解碼之后引入,或在選擇處理中(因此在編碼中)引入。然而,當在編碼中引入時,噪聲的加入妨礙了用于選擇最優(yōu)波形的快速算法的使用。而且,由于濾波器易于散布對濾波信號的支持,因此固定碼本的濾波需要以處理的某些連續(xù)性為前提,并且,由于一般不可能校正在先塊的激勵,因此由處理惡劣控制的編碼抽樣塊的邊緣會出現(xiàn)不規(guī)則。此外,如果希望根據(jù)信號調(diào)整對碼本采用的修正類型,那么,除了提供不同的濾波器之外沒有其它的解決方法,但這種方法也會產(chǎn)生失真。而且,如上文中已經(jīng)指出的,在第6,029,125號美國專利中所提出的技術(shù)通過應用保持碼本頻譜的外形的修正,而設法修補碼本中缺少的脈沖?,F(xiàn)在,常常有必要通過包含對頻譜的某些部分(尤其是高頻部分)更好地編碼的矢量碼來豐富多脈沖碼本,該方法與第6,029,125號美國專利中的解決方法是不相容的。其它類型的碼本是建議通過保持可接受的搜索復雜性來提高性能。因此,可能不同的級聯(lián)碼本(或"多級(multi-stage)"碼本)進行多個連續(xù)的CELP搜索,其中,每個搜索都生成具有其相關(guān)增益的、所選矢量碼的索引。激勵矢量表示如下如果假設I個的碼本是級聯(lián)的,那么exccurrent(n)=§gixCi(n);其中,0a^N隱1。1=0在I個碼本中對碼的子矢量(d(n》的進行聯(lián)合搜索是復雜的。實際上,使用次優(yōu)的串行搜索方法,該方法包括在第一碼本中選擇最優(yōu)波形并計算相關(guān)增益,然后量化該增益并減去第一碼本的已知貢獻,其需要再次使用上述的關(guān)系式,解釋如下E(z)=-(res(z)-exc(z)-exc2(n)),其甲Aq(z)f,如果n〈0Lgiw("),如果(Kn《N-l以及exc(n)-P,如果"O2、lg2xc2(n),如果0<n<N-l將"濾波目標信號,,修正為x'(z^H(z)(res(z)-exd(z))并選擇第二碼本的子矢量。然后對所有連續(xù)的碼本重復以上處理。應該注意的是,也能在該上下文使用正交碼本。接下來是分級編碼結(jié)構(gòu)的簡要描述。也稱為"級聯(lián)"的這種結(jié)構(gòu)為編碼處理提供了分成連續(xù)的層的二進制數(shù)據(jù)。基礎層由對比特流的解碼絕對必要并確定最小解碼質(zhì)量的位構(gòu)成。隨后的層能夠逐漸地增強解碼信號的質(zhì)量,每個新層都要增加新的信息,所述新的信息在解碼中用于輸出質(zhì)量提高的信號。分級編碼器的一個特殊特征是在不需要提供給編碼器或解碼器任何特殊指示的情況下,可干預傳輸和存儲鏈的任意級來刪除比特流的一部分。解碼器使用其接收到的二進制信息并生成具有相應質(zhì)量的信號。分級編碼處理操作的組成包括編碼"層"的概念。這些層能夠通過實現(xiàn)從不同技術(shù)中得到的方法來構(gòu)造。作為一種變體,不同的編碼層可從同一類型的處理中得到,其中,可通過提供補充數(shù)據(jù)來簡單地提高質(zhì)量。因此,也稱為"嵌套CELP,,編碼器的分級CELP編碼器通常使用多個碼本,其中,所述多個碼本的每一級可以是不同的也可以是相同的。然而,級聯(lián)碼本和包含在分級編碼結(jié)構(gòu)中的碼本仍然出現(xiàn)了上述的相同問題。本發(fā)明設法改進這種情況。特別地,其目標是在波形和頻譜內(nèi)容方面在低比特率上對CELP碼本的豐富性進行修補,而保持非常簡單的解碼和與碼本相關(guān)的低復雜性。其還提供了對碼本的漸進的豐富方法,特別是在分級編碼結(jié)構(gòu)的上下文中。另一目標是提出了對所謂"反稀疏"技術(shù)的吸引人的可選方法,更一般地,該方法通過更好的控制連續(xù)的塊之間的連貫性而有利于稀疏碼本的豐富。為此,提出了為編碼/解碼數(shù)字音頻信號構(gòu)造CELP類型激勵矢量的碼本的方法,每個N維矢量都包括可占用N個有效位置的脈沖。在本發(fā)明方法中,初始碼本(也稱為"基礎碼本")通過如下方法構(gòu)造-提供形成基礎圖樣的通用脈沖序列;以及-基于分別位于上述N個有效位置中一個或多個位置上的一個或多個項(occurrence),為碼本的每個激勵矢量指定基礎圖樣本文中,"脈沖序列,,應該理解為表示一系列包含脈沖的抽樣,以及適當時還包括,脈沖之間和/或在連續(xù)抽樣的開始和/或結(jié)尾處的一個或多個零抽樣。優(yōu)選地,這樣構(gòu)造的碼本是所謂"固定"類型的CELP激勵碼本(例如參考上文中圖1和圖2所示的DICf)。優(yōu)選地,將在激勵矢量中每個項上出現(xiàn)的基礎圖樣與上述項相關(guān)的幅度相乘,該幅度例如選自包含值+1和-1的集合。再次優(yōu)選地,初始碼本中的所有矢量都包括同一數(shù)目的、基礎圖樣的項。因此,初始碼本由下列各項定義-形成基礎圖樣的脈沖序列;-在每個矢量中的圖樣的項數(shù);-允許用于上述圖樣的項的位置集;以及-與上述圖樣的項相關(guān)的幅度集。因此,本發(fā)明提出了構(gòu)造CELP激勵矢量的碼本,這些碼本由基礎圖樣的數(shù)據(jù)所定義,其中該基礎圖樣出現(xiàn)在一個或多個項上,每個項都與幅度相乘??赡艹霈F(xiàn)在塊邊緣(抽樣幀或子幀)的圖樣將被截斷以完全插入到該塊中。在更一般的情況下,可理解的是,將出現(xiàn)在矢量塊邊緣的圖樣截斷,且被截斷后圖樣的剩余脈沖占據(jù)塊的開始或結(jié)尾位置。將N維矢量結(jié)合到一起的、通過本發(fā)明方法獲得的碼本由基礎圖樣所定義,該基礎圖樣為在長度為N的塊中"移動"。每個圖樣都出現(xiàn)在加在一起的K個項中,每個項本身由如下方面定義-幅度(可能有極性),也就是,對于每個項將圖樣乘以給定值(例如±1);-以及圖樣在項中的位置。應該注意的是,本領域中眾所周知的多脈沖碼本構(gòu)成了以該方法獲得的碼本的特殊情況,在碼本多脈沖的情況下圖樣的長度差不多為1。該類型的多脈沖碼本在下文中稱為"平凡基礎碼本"。而且,本發(fā)明方法能夠構(gòu)造碼本組合(如上所述的初始碼本和構(gòu)造的碼本,不需要排除一個或多個補充的傳統(tǒng)多脈沖碼本的使用)。因此,由本發(fā)明方法獲得的碼本由下列項組成-單個基礎碼本,其為非平凡的,并由基礎圖樣(長度大于1)和根據(jù)不同項的圖樣位置和相關(guān)幅度所定義;或者-基礎碼本的并集,其中,至少一個基礎碼本是非平凡的基礎碼本;或者-基礎碼本的和,可能是加權(quán)和,其中,至少一個基礎碼本是非平凡的基礎碼本,所有圖樣的項被加在一起。更一般地,整體碼本可由基礎碼本的和構(gòu)造,其中至少一個基礎碼本是由基礎圖樣定義的初始碼本。在該情況下,整體碼本的矢量是通過將各基礎碼本矢量在公共位置處的脈沖加在一起形成的,優(yōu)選地,基礎碼本的脈沖是由與碼本相關(guān)的每個增益一個接一個進行加權(quán)的。作為一種變體,整體碼本可由基礎碼本的并集所構(gòu)造,其中至少一個基礎碼本是由基礎圖樣所定義的初始碼本。在該情況下,整體碼本簡單地包括所有基礎碼本的所有矢量。該碼本的構(gòu)造方法已經(jīng)能夠提供多種內(nèi)容類型。根據(jù)基礎圖樣的形式和它們的項數(shù),可獲得不同外形的激勵矢量,并可能具有相當大量的非零脈沖。例如,基礎圖樣的選擇可由頻鐠類型的考慮而支配。內(nèi)容的豐富并不一定需要特別大的碼本尺寸,這是因為,通過將圖樣的項加在一起,利用中等數(shù)量的圖樣和項就能夠改變激勵矢量的形式。因此,對于多組相同的索引,能夠表現(xiàn)出頻譜內(nèi)容上基本不同于傳統(tǒng)多脈沖碼本的激勵矢量。在該實施方式中,可身見定基礎圖樣包括至少一個中心脈沖,并在該中心脈沖之前和之后都具有與其符號相反的至少一個脈沖。更一般地,該圖樣總共包括三個脈沖,命名為-中心脈沖;-位于中心脈沖之前的第二脈沖;-位于中心脈沖之后的第三脈沖;第二脈沖和第三脈沖的符號與中心脈沖的符號相反,第二脈沖和第三脈沖的幅度在絕對值上小于中心脈沖的幅度,有利地,其絕對值在0(不含)和中心脈沖的幅度的大約一半之間變化。其對提供包含級聯(lián)碼本的編碼/解碼裝置是有利的,其中,至少一個初始碼本在級聯(lián)中是連續(xù)的,該初始碼本包含關(guān)于中心脈沖對稱的圖樣,其中,位于中心脈沖之前和之后的脈沖的幅度與該中心脈沖的幅度是相反的。該裝置有利地在整體聽覺加權(quán)濾波器中包含高通濾波,其中該整體聽覺加權(quán)濾波器特別地用于搜索最優(yōu)激勵矢量的編碼中。參考圖8a、圖8b、圖8c和圖9,詳細描述了該實施方式的一個實施例。該實施方式通過使用高通濾波器可集中于在初始碼本中進行搜索。本文中簡單陳述了,該實施方式提出了多脈沖碼本與由中心對稱的圖樣限定的碼本的級聯(lián),其中,圖樣的中心項描述與多脈沖碼本的脈沖項相同的集合。通過加上一個或多個補充的基礎碼本,該實施方式可擴展初始基礎碼本的頻譜域,然后通過修正與搜索最優(yōu)矢量相關(guān)的感知加權(quán)濾波器,集中于在補充基礎碼本中的搜索,該修正的選擇和這些補充基礎碼本的圖樣的選擇可為關(guān)聯(lián)的。更一般地,在某些基礎碼本的并集或和的情況下,使用其圖樣中心和相關(guān)幅度描述相同的集、但用于不同圖樣的基礎碼本。因此,更一般地,在碼本矢量中圖樣和/或脈沖的位置(尤其當它們是級聯(lián)時)描述了優(yōu)選地相同的集合時,圖樣的位置基本上由構(gòu)成圖樣的脈沖序列中的中心脈沖位置識別。使其能夠在多脈沖碼本的情況下使用有效的處理操作,因此,用于搜索最優(yōu)候選激勵矢量的技術(shù)在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的碼本中保持快速,所以能夠共享計算和快速處理算法。需要指出的是,如果圖樣包含奇數(shù)個脈沖,圖樣的位置則可由圖樣中心抽樣塊的位置來識別。然而,以嚴格等價的方式,可將奇數(shù)長度的任何圖像補零,以產(chǎn)生偶數(shù)長度。更一般地,可設想用于識別圖樣位置的任何其它變體。本發(fā)明提出了用于對該碼本的矢量索引進行解碼的非常簡單的技術(shù),該技術(shù)是通過將圖樣的定標項加在一起實現(xiàn)的,其中,對于每個項,都傳輸該圖樣的位置和幅度因子。在一般條件下,在編碼中,在確定了初始碼本中的最優(yōu)候選矢量之后,形成索引,所述索引中優(yōu)選地至少包括對如下各項的指示-最優(yōu)候選矢量中的基礎圖樣的一個或多個位置;以及-與圖樣的所述一個或多個位置相關(guān)的一個或多個幅度;上述索引傾向于被傳輸,以用于隨后的解碼。如果提供了多個碼本,索引則還包括對在其中找到最優(yōu)候選矢量的碼本的指示。因此,如果已在包含基礎圖樣的初始碼本中找到了最優(yōu)候選矢量,則索引尤其包括與上述初始碼本相關(guān)的指示,從而關(guān)于基礎圖樣的指示則可構(gòu)造碼本和最優(yōu)候選矢量。在單個基礎碼本的情況下,索引已經(jīng)反映了與每個項相關(guān)的幅度和位置。為了對最優(yōu)候選矢量進行解碼,則需要將基礎圖像定位于不同的位置,以使其針具在每個項中,將其乘以相關(guān)的幅度并計算項的總和。在基礎碼本的并集的情況下,如上所述,索引還給出關(guān)于所選的基礎碼本的信息。在基礎碼本的和的情況下,每個基礎圖樣的項的幅度和位置都是可用的,且該過程等價于并集的情況,此時,將所有圖樣的貢獻相加。根據(jù)本發(fā)明,對碼本的矢量索引的解碼是非常簡單的。在解碼中,優(yōu)選地,根據(jù)索引并通過以下步驟對最優(yōu)候選矢量進行重構(gòu)-可能地在使用碼本聯(lián)合的情況下,已經(jīng)確定對應于由索引指示的初始碼本的基礎圖樣;-將基礎圖樣定位于在索引指示的位置上;-將在每個位置上的圖樣乘以由索引指示的相關(guān)幅度;以及-將位于所指示的位置的、進行了乘法后的圖樣加在一起。在使用碼本的和的情況下,優(yōu)選地確定每個碼本中的矢量索引,從而將上文描述的最后三個步驟應用到每個索引中。根據(jù)本發(fā)明能夠加速碼本中的搜索,且對提供具有強大結(jié)構(gòu)的圖樣的位置集特別感興趣(例如,ACELP碼本的位置集),以適應ACELP碼本中通常具有的非常有效的快速搜索。因此,在更多一般條件下,根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的碼本優(yōu)選地包括被接受的圖樣位置并有利地作為ACELP碼本脈沖的位置集,所述接受的圖樣位置描述了非常結(jié)構(gòu)化的集合。如上所述,在使用多個碼本的情況下,特別感興趣的是,提供具有相同的圖樣位置集的兩個或更多個碼本,以便能夠在碼本搜索中重新使用相同的處理、操作。因此,這些碼本的至少其中之一可有利為ACELP類型。包含至少一個基礎碼本的碼本級聯(lián)是非常有利的。該變體尤其適用于分級編碼結(jié)構(gòu)的情況。然而,不同的基礎碼本不能為同一個目的服務,這是因為,第一碼本通常處理希望重構(gòu)的信號的最小質(zhì)量的編碼。隨后的碼本更傾向于改進其質(zhì)量,并將鞏固編碼,減少信號類型的敏感度,或解決某些其它因素。在更一般的條件下,多個碼本的級聯(lián)等于構(gòu)造單個整體碼本,其中,如上所述,該整體碼本由增益加權(quán)的碼本的和得到。在該情況下,每個激勵矢量都對應于由基礎碼本中的得到的乘以了增益的矢量之和,通過減去由在先碼本的矢量所生成的部分激勵的已知貢獻,在基礎碼本中一個接一個地探索。因此,在該有利的實施方式中,對于當前碼本,通過減去由至少一個前面的碼本生成的部分激勵的已知貢獻,級聯(lián)的碼本一個接一個地被探索,從而形成了分級的編碼結(jié)構(gòu)。以一種特別有利的方式,在根據(jù)本發(fā)明的碼本中搜索最優(yōu)候選激勵矢量是根據(jù)CELP準則的估計來實現(xiàn)的,其對現(xiàn)有技術(shù)僅進行了小的改變且包括如下步驟a)計算濾波器的脈沖響應和所述碼本的所述基礎圖樣的巻積來獲得巻積的濾波器矢量,其中,所述的脈沖響應是由LPC合成濾波器與預測濾波器相乘得到的;b)計算潛在的目標矢量和所述巻積的濾波器矢量之間的互相關(guān)矢量的元素;c)可能地,校正自相關(guān)矢量的元素,以考慮在至少一個塊邊緣上的基礎圖樣的截斷;d)計算所述巻積的濾波器矢量的自相關(guān)矩陣的元素;e)可能地,校正上述矩陣的元素,以考慮在至少一個塊邊緣上的基礎圖樣的截斷;f)利用表示為比率最大化的CELP準則實現(xiàn)對所述最佳候選矢量的搜索,所述比率中的分子包含所述互相關(guān)矢量的所述元素,其分母包括所述自相關(guān)矩陣的所述元素??衫斫獾氖牵捎谒阉髂軌蝻@示塊邊緣的基礎圖樣,因此,與現(xiàn)有技術(shù)的CELP準則的估計相比,通過加上步驟c)和e)稍微修正了CELP準則的估計。而且,當邊緣圖樣將被截掉部分的相關(guān)能量比保留在塊中的部分的相關(guān)能量小時,還提出了對基礎碼本的最優(yōu)搜索算法的簡化算法。在該情況下,可省略步驟c)和e)的至少其中之一。還提出了其它的簡化算法,其目標是截斷乘以了感知濾波器的合成濾波器的脈沖響應,并截斷在步驟a)中所計算的巻積濾波器矢量。本發(fā)明不僅針對上文中提出的方法,也針對CELP激勵矢量的碼本本身和碼本,該CELP激勵矢量的碼本可通過實現(xiàn)本發(fā)明的方法的數(shù)字音頻信號編碼/解碼設備所構(gòu)造。本發(fā)明還針對包含指令的計算機程序,其中該指令用于實現(xiàn)上文中定義的構(gòu)造碼本的方法。本發(fā)明還針對數(shù)字音頻信號編碼/解碼設備,其中,該設備包含根據(jù)本發(fā)明的至少一個碼本。通常,有利的實施方式由提供包含用于產(chǎn)生一個或多個碼本的CELP激勵矢量的裝置(例如為處理器、計算存儲器等)的設備構(gòu)成,其中至少一個碼本是通過實現(xiàn)本發(fā)明方法構(gòu)造的。有利地,這些碼本可通過執(zhí)行上述類型的計算機程序來構(gòu)造,并存儲在該編碼/解碼設備的存儲器中,例如,通過使用將矢量索引與矢量碼本身相關(guān)聯(lián)的代數(shù)M^律(例如,ACELP技術(shù))。本發(fā)明還針對用于編碼/解碼數(shù)字音頻信號的設備的使用(因此通常為編碼/解碼方法),以及用于數(shù)字音頻信號編碼/解碼設備的、包括用于實現(xiàn)該用途的計算指令的計算機程序。一般地,上文表達的所有或某些的一般和可選的特征能夠平等地應用于碼本的構(gòu)造、碼本自身、包含至少一個適當構(gòu)造的碼本的編碼/解碼設備或該設備的用途、甚至用于產(chǎn)生碼本的計算機程序、或能實現(xiàn)該裝置的用途的計算機程序。因此,本發(fā)明提出了CELP類型的激勵矢量的碼本及其用途,其對適中的大小提供了內(nèi)容的極大豐富。盡管形式多變,但是與索引相關(guān)的解碼不是非常復雜。也可能通過利用這些碼本的特殊成分為選擇最優(yōu)矢量加入快速算法??杀挥涀〉氖?,本發(fā)明提出了一類CELP碼本,該類碼本允許用相對適中的比特率對各種激勵信號進行編碼,且提供了快速有效的算法用于選擇合適的矢量。通過學習如下的詳細描述和附圖,本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將會變得顯而易見,其中,除了圖1和圖2,其它附圖描述如下-圖3a圖解說明了用于本發(fā)明實現(xiàn)的基礎圖樣;-圖3b和圖3c分別圖解說明了基礎圖樣的第一和第二項的第一位置集AO和第二位置集Al;-圖3d圖解說明了由本發(fā)明的實現(xiàn)所選的矢量碼的實施例;-圖4是根據(jù)本發(fā)明利用碼本在CELP準則的估計中對自相關(guān)矩陣所作的修正的表;-圖5圖解說明了根據(jù)本發(fā)明用于在碼本中搜索最優(yōu)矢量碼的基本步驟,其通過應用"校正的"CELP準則來考慮出現(xiàn)在當前塊之外的圖樣部分而實現(xiàn);-圖6圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的碼本的并集的實施例;-圖7圖解說明了根據(jù)本發(fā)明的碼本的和的實施例;-圖8a和圖8b圖解說明了本發(fā)明示例性實施方式的第一和第二基礎碼本,以根據(jù)G.729標準來對CELP編碼器進行改進;-圖8c比較圖8a的碼本和圖8c的碼本的波形的平均頻i普的外形;-圖9圖解說明了由本發(fā)明的示例性實施方式改進的、根據(jù)G.729標準的CELP編碼器的示例性實施方式。首先參考圖3a到圖3b,對根據(jù)本發(fā)明的"基礎"碼本的內(nèi)容進通過將基礎圖樣y(j)(-p《j《p)定義為在長度為N的塊中移動的抽樣序列(圖3a),并且通過當其超出塊時將其截斷,而獲得基礎碼本的矢量碼。將相同圖樣的、乘以幅度因子后的K個項加到一起,以構(gòu)成碼本的矢量碼。作為一個實施例,圖7中的虛線框D2圖解說明了以該方法構(gòu)造的基礎碼本的少數(shù)矢量V21、V22、V2n。第一矢量V21包括基礎圖樣Pat(D2),其中,該圖樣Pat(D2)包含11個連續(xù)的脈沖。對于該圖樣的左側(cè),只能看到反極性的且被截斷的圖樣的"結(jié)尾",即矢量V21中出現(xiàn)的第9到第11個脈沖。下一矢量V22重復完整的圖樣Pat(D2),以及在右側(cè)被截斷的反極性的另一圖樣。在矢量V21和矢量V22中,圖樣是獨立的。換句話說,在最后的矢量V2n中,兩個基礎圖樣以相同的極性被重復,但是這兩個圖樣部分各自的中心位置非常接近以使其部分重疊。在該情況下,重疊部分的脈沖被加在一起,并考慮了其大小。例如,在圖7的實施例中碼本D2最后的矢量V2n包括兩個基礎圖樣脈沖在其邊緣處的總和,一個在右邊另一個在左邊(整個圖樣從左邊數(shù)的第9和第11個脈沖)。類似地,在矢量V21+V12的和中,矢量V21的第二圖樣的中心脈沖(負)與矢量V12的第二脈沖(正)相互抵消。因此,在更一般的條件下,在激勵矢量的每個塊中,當超出基礎圖樣可接受的位置時,圖樣位置使得圖樣至少一部分地重疊(矢量V2n的情況)。在該情況下,將重疊的圖樣脈沖加在一起。應該注意的是,上文中給出的有助于闡明隨后的發(fā)展的公式y(tǒng)(j)(-P《j《p)似乎對基礎圖樣施加了奇數(shù)個元素(-p<j<p)的先驗條件。實際上,如上所述,該特殊特性對于實現(xiàn)本發(fā)明來說不是必要的。如果使用具有偶數(shù)個元素的圖樣,所要做的只是在其中的一個邊緣加上零元素,且仍能使用本文中的公式?;A碼本中的每個N維的矢量(c(n》通過加上具有K個項的矢量yk而構(gòu)造,使得YK={skxyk(n)},n的范圍是O到N-l,且k的范圍是0到K-1。這些矢量由基礎圖樣構(gòu)成,該基礎圖樣被指定了給定的幅度,且必要時在邊緣截斷或補充零。每個項k的特性在于-從集Sk中取值為其指定的幅度sk,;-基礎圖樣的位置,例如,其可由中心位置ak表示,ak從集Ak中取值,且可能超出范圍[O,N-l],當然,唯一的局限性是塊中圖樣的交集不為零。圖3b和圖3c圖解說明了特別地K=2的碼本。第一項由中心a0和幅度s。eSoH士l》表征,其中,中心a??晌挥谖恢眉疉0=a',a2,aW,a5中的五個位置上(圖3b)。第二項由中心^和幅00000度S^S產(chǎn)(士1》表征,其中,該中心可位于位置集A!=^X,a:,a》中的四個位置上(圖3c)。則該碼本包括5(Ao位置)x4(A!位置)x2(Ao的極性)x2(A,的極性)=80個矢量碼。圖3b給出了該碼本的矢量碼的實施例(由位置ao-a工和a尸a3,01以及幅度SG=+1和Si=-1所定義)。因此7>式如下M0如果,—士一,SyO')x"n—at—力xf(/i)'也可表rF為—-p其中,使用了Kroenecker函數(shù)S(.),并且如果ng[O,N-l],則截斷函數(shù)t(n"0。每個矢量{c(n)}由每個項的基礎圖樣的中心位置集°l"u&以及與不同的項相關(guān)聯(lián)的幅度集U所表征,其中丄丄表示集合的笛卡兒乘積。通過將由K維矢量/對抽樣n的的(任何)貢獻相加,而根據(jù)以下關(guān)系式獲得元素c(n)((K"N隱l):=JXxyk(rt)=xSy(力x<J(/i-&-_/)x"打);0Sra《W-1如果(N+2p)維矢量{cG(n)}定義如下e0(/2)=^^x^(rt—&)其中—/《n《W—l+;,貝'J==f(打)xxc0("—_/)通過與基礎圖樣y進行巻積,并在段邊緣的截斷,來根據(jù)矢量(Co(n》推斷出基礎碼本的矢量{c(n)}?!?i可理解的是,矢量《C(),(n》由基礎圖樣的中心U的<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>數(shù)據(jù)和幅度的數(shù)據(jù)hf)所定義。如果這些中心是結(jié)構(gòu)化排序的,則可理解的是,為了加快碼本中的矢量碼的選擇速度,可使用該結(jié)構(gòu)來定義快速算法。截斷函數(shù)t(n)在表達式c(n)中引入了非線性特性,通過將N維的矢量(c(n》擴充為(N+2p)維的矢量《c'(n",可分散該非線性<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>因此矢量(c'(n》顯示為三部分中心部分"…e/…,…1'對應于仏o(n》和基礎圖樣的巻積,且邊緣間隔[-p,-1]和[N,N+p-1]中的分量先驗地為非零的。其它兩項消除了Ce(n)的邊緣的非零成分,且對應于邊緣上圖樣的可能截斷所引入的效應-其中,塊左邊緣的效應<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>0如果<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>塊右邊緣的效應<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>接下來描述了在基礎碼本中搜索矢量碼??捎涀〉氖?,將被最大化的CELP準則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>包括計算兩個量分子Num和分母Den。(N+2p)維矢量{cw(n)}由上文給定的矢量{c'(n)}和過濾器H(z)的脈沖響應的巻積所定義。然而,在最優(yōu)波形的選擇中,只使用該矢量中的N個中心元素。cJ]A(!')xc'Oi-/)=&c(")+^(")+Wra)'-p《"W-l+p^()=J]的)xcr(-i0在該表達式中,中心因子通過引入矢量0i'(w來計算,矢量0i'(i))對應于濾波器H的脈沖響應和基礎圖樣的巻積然后獲得(W)=2柳X"打一0=S-0X》"'一J)X力')可被記住的是,中心因子表示如下^(")=ZA'OOxc0("—/)=XXx/i'(rt—)通過引入聯(lián)合了K個集Ak(ke[O,K-l])的集合r,DW2p,",p著,<《~(rt)=X維")xc(i),"左邊緣"因子辦g(")-一25^。(_/)><&^-/)乂;^一力'也表示為~(")=_Z^X》("-!')xy(/-。J,因子bg(n)的項數(shù)依賴于K個項中基礎圖樣的中心ak的定義域Ak。然而,對于至少部分地與當前塊重疊的圖樣來說,重要的是通過大于p個抽樣而避免中心與該塊的第一抽樣距離過遠。該條件表示為akS-p,其導致<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>通過定義函數(shù)w<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>左邊緣"因子表示為。應該注意到,對于每個項k,后一個表達式只包括范圍為[-p,p-l]的中心值ak。"右邊緣,,因子表示開始端,且重復上述應用于左邊緣的原理或她<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>在先前情況的對稱方式中,圖樣的中心位于離右邊緣最多p個抽樣處,導致ak^N+p-l,因此<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>通過定義函H'=w,也可表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>非零元素h'"(n,j)的數(shù)目因此依賴于n<0時非零元素h(n)的數(shù)目。如果假定濾波器H(z)是因果濾波器,則n《N-l的所有元素bd(n)則都為零。因此,在因果濾波器(其中,如果iKO,則h(n)二O)的情況下,右邊緣效應對該計算無影響。在下文中,將假定圖樣在兩個邊緣上不可同時截斷。相反的情況意味著圖樣的大小可大于長度為N的塊,對于這種情況,本發(fā)明仍然可適用。接下來描述了根據(jù)本發(fā)明的碼本的CELP準則的應用。分子可計算如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>"中心"項S*=。類似于用于在多脈沖碼本中選擇最優(yōu)波形的準則的分子的一般表達式。像在傳統(tǒng)搜索中一樣,定義了,則該"中心"條件變成^w=0通過引入如下表達式,可為根據(jù)根發(fā)明的碼本的所有分子獲得類似的表達式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>其相當于為屬于集rg和rd的中心ak的元素d(ak)加上修正,其中,元素d(ak)對應于位于邊緣的需要截斷的圖樣的項。然后應用<formula>formulaseeoriginaldocumentpage26</formula>,其類似于搜索傳統(tǒng)多脈沖類型碼本的最優(yōu)波形中的分子。分母計算如下<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>^是矢量(h'(n"的自相關(guān)矩陣的元素。為了搜索最優(yōu)波形,只使用自相關(guān)矩陣中包括不同項中的圖樣的中心位置的元素。后一種表達式再次類似于在傳統(tǒng)多脈沖碼本情況下的分母表達式。換句話說,對于在具有根據(jù)本發(fā)明的碼本的CELP準則中估計所得的所有分母來說,引入根據(jù)圖4的表所示的方法進行修正的自相關(guān)函數(shù)。通過考慮自相關(guān)函數(shù)的該修正,可獲得與傳統(tǒng)多脈沖碼本的情況一致的表達式。修正的矩陣能夠以如下形式表示在根據(jù)本發(fā)明的碼本中進行搜索的分母腸=Z^2x+2xSZw該表達式與用于在傳統(tǒng)多脈沖碼本中進行搜索的分母是一致的。接下來描述在根據(jù)本發(fā)明的碼本中進行的適當?shù)乃阉?。參考圖5,優(yōu)選地提供如下步驟計算濾波器H的脈沖響應與基礎圖樣的巻積矢量(步驟51)t的—力xyG').然后計算目標矢量x(n)和矢量Oi'(i》(在步驟51中獲得的)之間,=SX(")X一^),的相關(guān)矢量的元素"=°(步驟52)。然后,如果需要的話,對于出現(xiàn)在塊邊緣的圖樣,對這些元素進行校正(圖5的綜合步驟53)。實際上,對于使圖樣的中心a^Ak在塊的邊緣施加截斷函數(shù)的值ke{0,l...,K-l}(測試54的輸出為"是,,箭頭),都需要計算校正元素d'(ak)(步驟56)。否則(測試54的輸出為"否,,箭頭),則執(zhí)行d'(ak)=d(ak)(步驟55)。在這兩種情況下,在步驟53的結(jié)束處,都有利地獲得考慮了邊緣效應的矢量d'(ak)。為了確定分母,然后計算《h'(i"的自相關(guān)矩陣的元素(步驟57):W-l如果需要的話,對這些元素進行校正,以再次考慮出現(xiàn)在邊纟彖的圖樣(圖5的綜合步驟63)。實際上,對于所有的對(ak,a!)中(其中至少一個元素對應于超出塊的一個邊緣的圖樣項)(測試58的輸出為"是,,箭頭),在步驟60中,計算被校正的元素^'(ak,a,)。否則(塊邊緣無圖樣,對應于測試58的輸出為"否"箭頭),在步驟59中執(zhí)行多'(ak,a^多(ak,a…在這兩種情況下,在綜合步驟63的結(jié)尾處,都有利地獲得考慮了邊緣效應的矩陣元素。然后利用傳統(tǒng)CELP搜索準則來實現(xiàn)最優(yōu)波形的搜索(步驟61),以最終獲得最優(yōu)矢量碼VC(步驟62),其中,該準則表示為比率的最大化,該比率的分子實現(xiàn)矢量(d'(ak》,且分母實現(xiàn)元素$'(ak,ai),。這里需要指出的是,圖5以流程圖的形式說明了計算機程序的一部分算法,其中,該程序能夠使用包括根據(jù)本發(fā)明的至少一個碼本的編碼/解碼設備。眾所周知并有效的是,在根據(jù)本發(fā)明的基礎碼本中搜索波形最終歸結(jié)為在傳統(tǒng)多脈沖碼本中的搜索。特別地,如果圖樣的k個(范圍為0到K-l)項的中心位置akeAk描述了ACELP類型的結(jié)構(gòu)化的碼本的脈沖位置,將可使用為這種ACELP碼本開發(fā)的有效的快速算法。已經(jīng)假定圖樣的尺寸小于塊的尺寸。然而,使方法不失一般性地,在相反的情況下,需要引入?yún)^(qū)域rgnra,其中,應用了兩個修正。本發(fā)明還提出了上述方法的簡化形式。例如,當被截斷的元素的相關(guān)能量小于保留在塊中的元素的能量時,對于邊緣處的項來說,可簡單地忽-見邊緣效應(則不需要進行測試54和測試58)。在該情況下,可簡單地去掉校正步驟53和步驟63中至少一個(優(yōu)選地步驟63)或二者均去掉。接下來描述基礎碼本的一些可能的構(gòu)成。提出了兩種聯(lián)合方法,用于提供能夠提供各種波形表示的整體碼本,特別地,用于提供非常滿意的頻譜豐富。實際上,可將每個基礎碼本的內(nèi)容指向一個或多個信號類別。*基礎碼本的并集基礎碼本的并集能夠提供單個碼本,該碼本的每部分對應于一個基礎碼本。對于將由其中一個基礎碼本更好地表示的信號部分,能在該基礎碼本內(nèi)找到最優(yōu)波形來表示該信號部分。圖6圖解說明了這樣的碼本,其示出了兩個基礎碼本D1和D2的并集,所述兩個基礎碼本由用于項的相同的中心位置集和相同的幅度集所構(gòu)造,且每個基礎碼本分別具有兩個圖樣,所述并集碼本包括-用于第一基礎碼本Dl的信號脈沖Pat(Dl);-以及用于第二基礎碼本02且根據(jù)圖3a的圖樣的脈沖序列Pat(D2)的序列。對于對給定的待編碼的激勵矢量,優(yōu)選地,對每個基礎碼本分別進行探索,然后,將在每個基礎碼本中搜索而得的最優(yōu)波形相互之間進行比較,以在其中選擇最合適的波形。在該情況下,搜索的復雜性等價于在每個基礎碼本中搜索的復雜性的總和。如上所述,由基礎碼本的有利結(jié)構(gòu)引入的快速搜索已被證明是非常有效的。還提出了探索變體。例如,首先從構(gòu)成整體碼本中確定一個(或幾個)基礎碼本,然后將搜索限制在適當?shù)仡A先選定的基礎碼本內(nèi)。通過首先識別已選的基礎碼本(例如,通過將所選矢量碼的索引與存儲在存儲器中且對應于完整碼本中的基礎碼本的邊界的值),來進行索引的解碼。然后,用先前提到的方法對基礎碼本中的矢量碼的索引進行解碼。*碼本的和該實現(xiàn)是有利的。其目標為構(gòu)造和使用加上了基礎碼本的矢量的碼本,以使用作為其成分的基礎碼本的特征以及其組合的特征。因此,在碼本的和的情況下,通過將基礎碼本中的全部矢量一個接一個且一個采樣^接一個采樣地相加,而簡單地形成碼本的矢量,如下文描述的第二實施方式,也可用增益將其進行加權(quán)。實際上,下文提出了兩個實施方式用于獲得幾個碼本的和。在第一實施方式中,通過將得自每個基礎碼本的波形加在一起,得到整體碼本D二D1+D2。圖7圖解說明了這種基礎碼本加法的原理。在描述的實施例中,只有兩個碼本Dl和D2加到了一起,但是,將認識到,在和D1+D2中,且可知碼本D1的矢量Vli的脈沖的加權(quán)與碼本D2的矢量V2j的脈沖的加權(quán)是相同的。然后,在本文中定義了與給定的和相關(guān)的單個增益。因此,還具有與利用碼本對解碼進行的簡化相關(guān)的優(yōu)點,所述碼本中的至少之一是基礎碼本。實際上,通過標示圖樣的中心位置和不同碼本中的項(也就是用于不同圖樣的項)的幅度,并通過將定標的并適當布置的圖樣進行相加,可表示屬于基礎碼本D2的矢量碼。可通過I個碼本相加獲得的、這種碼本的矢量碼的成分表示為如下類型的關(guān)系式f-o,且當前的邀:厲力矢量表示為excCUITent(n)=gxgCi(n),其中,0白^N隱1。i=0還可有利地將在單個基礎碼本的上下文中提出的快速算法適應為用于上文描述的碼本的和中。作為示例性的實施例,考慮兩個基礎碼本的和,表示為C(打)=q(打)+C2(打)=藝5、x;y,(rt)+》,xW("),其中,索引1和2分別指來自分別具有K1和K2個項第一圖樣71和第二圖樣72的矢量。如上所述在單個基礎碼本的情況下,可定義對應于第一圖樣的矢量W(4J^("";a^r)^;t!',。fc);qer))和對應與第二圖樣的矢量擬W,j^'a";。^r^)^,^;^r^。倘若使相關(guān)矢量的表達式適應于如下關(guān)系式,則再次采用在多脈沖碼本中的搜索的分子和分母的傳統(tǒng)表達式。對于目標矢量的互相關(guān)性,可按如上提出的方法計算修正的矢量(d',(ak》和《d'2(ak》,分子則表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage31</formula>然而,分母的情況更復雜,這^因為;除了上述的自相關(guān)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage31</formula>,2夕卜,還包括了第一圖樣的項和第二圖樣的項之間的相關(guān)性。因此,例如,例如對于寸吏a1gr1ur1的中心值a1eA1和使a2gr2ur2的中心值a2eA2來說(k<l),必須計算下式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage31</formula>即使這些表達式仍在本領域技術(shù)人員的范圍內(nèi),但其在一般情況下是相當復雜的。分母根據(jù)如下類類型的關(guān)系式表示為以這樣的一種方式,可計算修正的自相關(guān)矩陣的元素,并可再次使用多脈沖編碼的加快的搜索算法。基礎碼本的和的第二實施方式產(chǎn)生更簡單的搜索算法。該原理由將基礎碼本的和級聯(lián)所構(gòu)成,不同的增益與得自基礎碼本的每個子矢量相關(guān)。在該情況下,激勵矢量表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage31</formula>該變體在復雜性方面是罪常有利的。其還表現(xiàn)出了更多的優(yōu)點。由于每個基礎碼本更具體地傾向于豐富整體碼本,例如,根據(jù)激勵信號的特殊類型,能夠有利地為基礎碼本中的不同搜索使用不同的預測濾波器W賴(i的范圍是O到I-1)。例如,可使用更適合于表示激勵信號的低頻率部分的第一基礎碼本,以及更傾向于表示高頻率部分的第二基礎碼本。尤其有利的是,該方案在第二基礎碼本搜索中偏愛頻i普的高頻率部分。例如,在第二搜索中,傳統(tǒng)的預測濾波器可和高通濾波器級聯(lián)。而且,該操作適于擔任"頻譜調(diào)焦(spectralfocusing)"。將在下文參考圖9對此詳細描述,以i兌明示例性的實施方式。最后,第二實施方式有利地適用于分級CELP編碼結(jié)構(gòu)。實際上,在這些結(jié)構(gòu)中,比特流被分級地組織,在第二實施方式實現(xiàn)中,對應于基礎碼本的每個子矢量碼的索引的為和對應于其增益的位可形成分離的分級層(或分離的層中的"參與者,,)。如果解碼器只接收到該信息的一部分,那么,通過對接收到的與第一層基礎碼本的子矢量碼相關(guān)的索引和增益進行解碼,且通過將由該方法獲得的部分激勵相加在一起,可重構(gòu)激勵的至少一部分。如上所述,第一基礎碼本則處理最小質(zhì)量編碼,隨后的碼本則例如通過提供寬頻譜容量來提供質(zhì)量的逐步改進并更好地包含信號的可能的變化。接下來描述應用于現(xiàn)存編碼器/解碼器中的本發(fā)明的實施方式。下文中描述的示例性實施方式是在分級CELP編碼器的上下文中的,其中,該分級CELP編碼器生成包括兩層的比特流。第一層對應于分級結(jié)構(gòu)的"核心,,編碼并工作在8Kbit/s的比特率,第二層為另外的4Kbit/s提供質(zhì)量增強,該兩層的比特流產(chǎn)生12Kbit/s的總比特率。第一層的比特流可與ITU-TG729標準化編碼器的比特流"兼容",從而使根據(jù)本發(fā)明的編碼器和解碼器可分別和遵守G.729標準及其附錄的解碼器和編碼器一起工作,用于8Kbit/s的比特率。在所提出的示例性實施方式中,通過使用根據(jù)本發(fā)明的基礎碼本的級聯(lián)總和的變體的碼本,而提供分級。塊大小為5ms,或在8kHz時為40個抽樣。第一基礎碼本Dl(圖8a)是"平凡"類型的,且筒單地對應于G.729編碼器的ACELP碼本,該碼本的矢量通過將四個有符號的^K沖加在一起而獲得,這四個脈沖的位置屬于下表2所示的集合。對于更詳細的細節(jié),可參考ITU-T建議G.729("CodingofSpeechat8Kbit/susingConjugateStructureAlgebraicCodeExcitedLinearPrediction(CS-ACELP)",March1996)。因此,其為與圖樣相關(guān)的基礎碼本,其中,該圖樣限制為中心脈沖^=0)并具有K=4個項,集合So,Sl5S2,S3在表2的第二列中給出,且集合A。,AhA2,A3在最后一列中。<table>tableseeoriginaldocumentpage33</column></row><table>表2:用于G.729編碼器的ACELP碼本第二基礎碼本D2(圖8b)是非平凡的碼本,其長度為3的基礎圖樣(或"三脈沖,,)包括幅度分別為-a,+l和-a的三個脈沖,優(yōu)選地,0<a《0.35。有利地,值a可根據(jù)輸入信號的特征動態(tài)地選擇。該圖樣的項數(shù)、中心位置和幅度都和第一碼本的情況相同。圖8c示出了第一碼本(箭頭D1)和第二碼本(箭頭D2)的波形的平均頻譜的外觀??煽闯觯谝淮a本表現(xiàn)出在頻譜上平坦的內(nèi)容,而第二碼本則在高頻率處更豐富些。該觀測結(jié)果能夠使通過第一編碼層獲得的質(zhì)量得到提高,并在低頻部分的區(qū)間[300-3400Hz]內(nèi)為語音信號提供了好質(zhì)量的重放,且趨向于在高頻處降低能量和保真度。為了更好地集中于在頻譜的高頻處進行第二基礎碼本中的搜索,當探索第二碼本時,將輔助的高通濾波器H"z)應用到濾波器W(z)上。圖9圖解說明了根據(jù)該實施方式的編碼器。第一級ET-1引入了適應性碼本DICa(矢量(p(n》)及其相關(guān)的增益gp以及第一固定碼本Dl(矢量《d(n")和相關(guān)的增益gl。第二級ET-2表示在第二固定碼本D2(矢量仏2(n》)中的搜索和相關(guān)的增益g2。在適應性碼本DICa和第一固定碼本D1中的搜索使用預測濾波器W"z)二W(z),例如在G.729標準中所定義的預測濾波器。第二碼本D2通過加入濾波器Hp(z):W2(z)=W(z)xHp(z),來使用聚焦在高頻率上的搜索。在第一基礎碼本D1中的搜索是眾所周知的,并使用例如在G.729標準中及其簡化了復雜性的附錄A(ITU-TRecommendationG.729,"AnnexA:Reducedcomplexity8Kbit/sCS畫ACELPspeechcodec",November1996)中介紹的快速及聚焦算法中的一個或其它。如上所述,在第二基礎碼本D2的搜索也使用該快速算法。為了下文中的易讀性,下列關(guān)于第二碼本相關(guān)的所有索引"2"將會被省略(例如H2(z)變成H(z),c:(n)變成cw(n),等)。根據(jù)第一簡化方法,濾波器的脈沖響應H(z)二w(力xHp(z)被截斷為0Ag(Z)<n《39的元素h(n)(塊長度為N=40)。因此,定義-1<n<40的矢量{cw(n)}。如上所述,由于n<0時h(n)=0(因果濾波器),因此右邊緣并不包括在內(nèi)(bd(n)=0)??煽闯?,中心位置ak全在塊內(nèi)。在這些條件中,集合rg=0^0[-1,0]只包括集合Ao中的單個k=0元素(即,位置30=0),且該元素對應于第一項上的三脈沖圖樣的第一位置rg={0}。圖9概略地表示了根據(jù)本發(fā)明的設備,特別地,在該情況下,為編碼設備。如上所述,首先計算濾波器H的脈沖響應的矢量與基礎圖樣的巻積(參考圖5中51的第一步驟),給出h'(n)=-ah(n+1)+h(n)-ah(n-1)由于對于n<0或n>40,h(n)為0,因此,對于-1<11<40,h'(n)先驗地為非零值。3為了計算CELP準則的分子^,首先計算互相關(guān)性39(步驟52),將其修正為(整體步驟53):d(?!贰?>(")油'(",)如果。*=0圖5的步驟55"=°如果ajO圖5的步驟56因此所做的校正被限制為校正第一元素39,(0)=d(0),S;c(")x/r(/i,0)其中/A打,0)-—ttx/i(打+l)'集合Ak包括塊的所有位置。因此有必要為0《j《39的任意j用如下關(guān)系式計算d'(j):3939rf'(O)=2傘)x+aJ^OOx維+1)39并且rf'(/)=d(y)=J>(n)xif1《_/《39對于分母,必須計算自相關(guān)性(步驟57):-",?!?|>'("-A)2,*=0—39以及39=W(w—。Jx/i'(w-。,),fc=0—38,/=/r+l—39(將記起符號k=x^y實際上表示"k的范圍為x到y(tǒng)")對于i<j的任意一對元素(i,j),n<-l時h'(n)=0的約束導致,其中應記住$(i,j)=$(j,i)??紤]了左邊緣對元素^'(ak,aD所做的校正(步驟60),如下所示,,O)=她0)+ff2x》(打+1)2+2a》/(zi)x雖+1)f(0,o,)—(0,a,)+a》("+l)x/'("-a,);1^,^39因此,最終沒有必要計算h'(40),而只有-l《n《39時的元素h'(n)與該計算相關(guān)。將被記住的是,其它元素$(ak,ak)(其中ak)以及$(ak,ai)(其中ak,a||))并不一定需要校正,并在這種情況下設定多'(ak,a,h多(ak,aj)(圖5中的步驟59)。本發(fā)明還提出了另外的筒化方法,尤其對于小系數(shù)oc。實際上,對于分母的計算,如果元素表示為h'(n)=-och(n-l)+h(n)-ah(n+l),則能顯示自相關(guān)函數(shù)$0(i,j>=Nfh(n-i)Xh(n畫j)濾波器H(z)中的i,j=0->N-ln=Max(i,j)當矩陣的元素乘以a2時,可做出判定以忽略與該矩陣的元素相關(guān)的所有項。而且,假設在和f;(cW(n))z中僅包括很少的邊緣效應,那么,在計n-0算分母中沒有必要考慮邊緣效應,記住p^且a基本上小于1。從而,可在分子和分母中均忽略邊緣效應。最后,可引入另外的簡化方法,使計算第二基礎碼本的自相關(guān)矩陣的元素的方法與計算第一基礎碼本的自相關(guān)矩陣的元素的方法完全相同。該簡化的方法包括截斷范圍內(nèi)的0i'(n"。以該方法產(chǎn)生的誤差依賴于ot值,但也依賴于頻譜的梯度。通常,對于在低頻上集中了強大能量的信號,h(O)的值與相鄰元素的值具有相同的階,且可理解的是,h'(-l)二axh(O)在計算上具有很小的影響。當然,本發(fā)明并不局限于上文通過實施例描述的實施方式,其可延伸到其它變體。一般地,由本發(fā)明的實施方式所定義的碼本提供了廣泛的使用靈活性。由于每個塊完全獨立于前面的塊或后面的塊,因此,對于每個塊可使用與相鄰的塊所使用的碼本完全不同的碼本,而不需要特殊的預防措施。因此避免任何連續(xù)性的問題??煞浅H菀椎貙τ糜趯⒈痪幋a的信號的碼本進行適應,例如,通過修正用于基礎碼本的圖樣。還規(guī)定了對修正定義項中的圖樣的中心位置集和/或幅度集合進行修正。例如,這些可能的修正尤其適應于源支配的可變比特率編碼的情況。權(quán)利要求1.一種構(gòu)造CELP類型的激勵矢量的方法,所述激勵矢量用于對數(shù)字語音信號進行編碼/解碼,每個N維矢量都包括占據(jù)N個有效位置的脈沖,其特征在于,初始碼本如下構(gòu)造-提供形成基礎圖樣的通用脈沖序列;以及-基于分別位于所述N個有效位置中的一個或多個位置上的一個或多個項,將所述基礎圖樣分配給所述碼本的每個激勵矢量。2.如權(quán)利要求l所述的方法,其特征在于,將在激勵矢量中的每個項上出現(xiàn)的所述基礎圖樣乘以與所述項相關(guān)的幅度。3.如權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,與項相關(guān)的所述幅度選自包括值+1和-1的集合。4.如權(quán)利要求1到3中任意一項所述的方法,其特征在于,所述初始碼本的所有矢量包括的項與所述圖樣的項的數(shù)量相同。5.如權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于,所述初始碼本由如下各項定義-形成所述基礎圖樣的所述脈沖序列;-在每個矢量中的圖樣的項數(shù);-允許用于所述圖樣的所述項的位置集合;以及-將與所述圖樣的所述項相關(guān)的幅度集合。6.如前述權(quán)利要求中的一項所述的方法,其特征在于,將出現(xiàn)在矢量的塊邊緣的圖樣截斷,且截斷后的圖樣中的剩余脈沖占據(jù)所述塊的開始處或結(jié)尾處。7.如前述權(quán)利要求中的一項所述的方法,其特征在于,在矢量的每個塊的圖樣所接受的位置之中,所述位置使得所述圖樣至少部分地重疊,并且,所述圖樣中重疊的脈沖一對一地相加。8.如前述權(quán)利要求中的一項所述的方法,其特征在于,整體碼本由基礎碼本的和構(gòu)造,所述基礎碼本中的至少一個是由基礎圖樣定義的初始碼本,并且,所述整體碼本的矢量是通過將處于相同位置的、所述基礎碼本的矢量的脈沖相加來構(gòu)成的。9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,將所述基礎碼本的矢量由增益加權(quán)以構(gòu)造所述和,每個碼本與一個增益相關(guān)。10.如前述權(quán)利要求1到7中的一項所述的方法,其特征在于,整體碼本由基礎碼本的并集構(gòu)造,所述基礎碼本中的至少一個是由基礎圖樣所定義的初始碼本,并且,所述整體碼本包括所有所述基礎碼本的所有矢量。11.如權(quán)利要求8到10中的一項所述的方法,其特征在于,包含在所述并集或所述和中的至少一個所述碼本是ACELP類型的。12.如前述權(quán)利要求中的一項所述的方法,其特征在于,所構(gòu)造的碼本包括接受的圖樣位置,所述圖樣位置描述了組織為ACELP碼本的一組脈沖位置的集合。13.如前述權(quán)利要求中的一項所述的方法,其特征在于,所述基礎圖樣包括至少一個中心脈沖,所述中心脈沖的之前和之后都具有符號與所述中心脈沖的符號相反的至少一個脈沖。14.如權(quán)利要求13所述的方法,其特征在于,所述圖樣包括三個月永沖,即-中心脈沖;-位于所述中心脈沖之前的第二脈沖;以及-位于所述中心脈沖之后的第三脈沖;所述第二和第三脈沖的符號與所述中心脈沖的符號相反;所述第二和第三脈沖的幅度的絕對值小于所述中心脈沖的幅度的絕對值。15.如權(quán)利要求14所述的方法,其特征在于,所述第一和第二脈沖的幅度的絕對值在0到所述中心脈沖的幅度的一半左右之間變化。16.—種包含指令的計算機程序,所述指令用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1到15中的一項所述的構(gòu)造碼本的方法。17.CELP類型的激勵矢量的碼本,其用于對數(shù)字音頻信號進行編碼/解碼,其特征在于,其包括N維的激勵矢量,所述激勵矢量包括通用的脈沖序列,所述脈沖序列基于分別位于N個有效位置中的一個或多個位置上的一個或多個項而形成基礎圖樣。18.用于對數(shù)字音頻信號進行編碼/解碼的設備,包括至少一個如權(quán)利要求17所述的碼本。19.如權(quán)利要求18所述的設備,其特征在于,包括多個級聯(lián)的碼本,所述碼本包括至少一個初始碼本,所述初始碼本通過實現(xiàn)如權(quán)利要求1到15中的一項所述的方法來獲得。20.如權(quán)利要求19所述的設備,其特征在于,所述圖樣的位置和/或所述級聯(lián)碼本的矢量中的脈沖的位置描述了同一集合,圖樣的位置基本上由構(gòu)成所述圖樣的脈沖序列的中心脈沖的位置來識別。21.如權(quán)利要求19和20中的一項所述的設備,其特征在于,包括初始碼本和隨后的所述級聯(lián)碼本,所述初始碼本是通過實現(xiàn)如權(quán)利要求13到15中的一項所述的方法來構(gòu)造的。22.如權(quán)利要求21所述的設備,其特征在于,為了在隨后的碼本中進行搜索,所述設備在整體感知加權(quán)濾波器中包括了高通濾波,所述整體感知加權(quán)濾波器值得注意地包含在搜索最優(yōu)激勵矢量的編碼中。23.如權(quán)利要求18到22中的一項所述的設備的用途,其中,在編碼中,在確定了所述初始碼本中的最優(yōu)候選矢量后,形成索引,所述索引至少包含對以下各項的指示-在所述最優(yōu)候選矢量中,所述基礎圖樣的一個或多個位置;以及-與所述圖樣的所述一個或多個位置相關(guān)的一個或多個幅度;所述索引傾向于被發(fā)送,用于隨后的解碼。24.如權(quán)利要求23所述的用途,其中,在解碼中,根據(jù)所述索引通過以下步驟對所述最優(yōu)候選矢量進行重構(gòu)-將所述基礎圖樣定位于由所述索引指示的所述位置上;-將每個位置上的所述圖樣乘以相關(guān)的幅度;以及-將位于所指示的位置上的相乘后的圖樣相加。25.如權(quán)利要求23到24的其中一項所述的用途,其中,所述設備包括多個碼本的級聯(lián),所述級聯(lián)等于構(gòu)造單個整體碼本,所述整體碼本根據(jù)實現(xiàn)如權(quán)利要求9所述的方法、通過將增益加權(quán)后的碼本相力口來獲得。26.如權(quán)利要求25所述的用途,其中,對于當前碼本,通過減去由至少一個先前碼本的矢量生成的部分激勵的已知貢獻,對所述級聯(lián)碼本一個接一個地探索,其稱為分級編碼結(jié)構(gòu)。27.如權(quán)利要求23到26中的一項所述的用途,其中,根據(jù)CELP準則的估計,在碼本中進行對潛在的最優(yōu)激勵矢量的搜索,所述搜索包括如下步驟-計算濾波器的脈沖響應和所述碼本的所述基礎圖樣的巻積來獲得巻積的濾波器矢量,其中,所述的脈沖響應是由LPC合成濾波器與預測濾波器相乘得到的;-計算潛在的目標矢量和所述巻積的濾波器矢量之間的互相關(guān)矢量的元素;-計算所述巻積的濾波器矢量的自相關(guān)矩陣的元素;-利用表示為比率最大化的CELP準則實現(xiàn)對所述最佳候選矢量的搜索,所述比率中的分子包含所述互相關(guān)矢量的所述元素,其分母包括所述自相關(guān)矩陣的所述元素。28.如權(quán)利要求27所述的用途,其中,所述搜索在碼本中進行的,所述碼本是通過實現(xiàn)如權(quán)利要求6所述的方法來獲得的,并且,為了考慮所述基礎圖樣在至少一個塊邊緣上的截斷,根據(jù)需要對所述互相關(guān)矢量的元素和/或所述自相關(guān)矩陣的元素進行校正。29.用于數(shù)字語音信號編碼/解碼設備的計算機程序,所述計算機程序包括用于實現(xiàn)如權(quán)利要求23到28中之一所述的用途。全文摘要本發(fā)明針對構(gòu)造用于編碼/解碼數(shù)字音頻信號的CELP激勵矢量的改進的辭典。一般地,每個N維矢量包括占據(jù)N個有效位置的脈沖。本發(fā)明涉及使用特殊的構(gòu)造方法的辭典的構(gòu)造基于上述N個有效位置之間的一個或多個各自位置上的一個或多個項,提供形成基礎圖樣的通用脈沖序列;以及為辭典的每個激勵矢量指定基礎圖樣;本發(fā)明也涉及辭典的聯(lián)合,通過聯(lián)合或加法或級聯(lián)與可選的標準的多脈沖辭典進行構(gòu)造。文檔編號G10L19/00GK101401153SQ200780006519公開日2009年4月1日申請日期2007年2月13日優(yōu)先權(quán)日2006年2月22日發(fā)明者克勞德·拉姆博林,多米尼克·馬薩勞克斯,洛美恩·特里林申請人:法國電信公司