專利名稱:長期預測編碼和長期預測解碼的方法和裝置的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及利用聲音信號的時間系列信號的長期預測系數(shù),即音調(diào)(pitch)的周 期(時間延遲)τ以及增益P,將該時間系列信號壓縮為較少比特數(shù)的編碼方法、其解碼方 法、裝置、其程序及記錄介質(zhì),特別涉及對不允許失真的編碼有效的技術。
背景技術:
在電話聲音信號的編碼中進行用于利用每個音調(diào)周期的波形的類似性的長期預 測。電話聲音信號的編碼在無線通信等中被使用的可能性高,所以在對于音調(diào)預測的參數(shù) τ、Ρ進行編碼的碼中使用了一定的(固定的)碼長度。而且,在不允許音響信號的失真的 編碼中,作為使用利用了與離開的樣本的相關的預測的方法,例如已知專利文獻1。這雖然 存在高效率編碼裝置和高效率編碼解碼裝置,但是這里對于乘數(shù)P、或時間延遲的參數(shù)τ 來說,也被編碼為固定長度碼。專利文獻1 日本特許第3218630號
發(fā)明內(nèi)容
在以往的聲音信號編碼中,由于將長期預測系數(shù),即音調(diào)周期(時間延遲)τ或增 益(乘數(shù))P編碼為固定長度(一定的長度)的碼,所以在提高壓縮效率方面存在限制。本發(fā)明的目的是提供與以往的聲音信號編碼方法相比能夠進一步提高壓縮效率 的長期預測編碼方法、解碼方法以及它們的裝置。技術方案1、一種長期預測編碼方法,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去 相乘結(jié)果而得到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從所述輸入樣本時間系列信號的所述當 前樣本開始時間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測編碼方法包括(a)對每個幀選擇下列四種方法之一的步驟,(1)對所述幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼,(3)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出時間延遲碼,(4)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,所述切 換碼表示所選擇的四種方法之一,所述輔助碼通過編碼時間延遲和乘數(shù)而得到,所述波形 碼通過編碼誤差信號樣本而得到;以及(b)輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的步驟。技術方案2、一種長期預測編碼方法,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去 相乘結(jié)果而得到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從所述輸入樣本時間系列信號的所述當前樣本開始時間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測編碼方法包括(a)對每個幀選擇下列兩種方法之一的步驟,(1)對所述幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,所述切 換碼表示所選擇的兩種方法之一,所述輔助碼通過編碼時間延遲和乘數(shù)而得到,所述波形 碼通過編碼誤差信號樣本而得到;以及(b)輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的步驟。技術方案3、一種長期預測解碼方法,將誤差信號的當前樣本與相乘結(jié)果相加而得 到再構(gòu)成的時間系列信號樣本,該相乘結(jié)果通過對再構(gòu)成的時間系列信號的僅進行所述時 間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測解碼方法包括(a)對每個幀,基于表示下列四種方法之一的切換碼,從輔助碼對時間延遲和乘數(shù) 進行解碼的步驟,(1)對所述幀將乘數(shù)和時間延遲解碼一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù),(3)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼時間延遲,以及(4)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù)和時間延遲。技術方案4、一種長期預測解碼方法,將誤差信號的當前樣本與相乘結(jié)果相加而得 到再構(gòu)成的時間系列信號樣本,該相乘結(jié)果通過對再構(gòu)成的時間系列信號的僅進行所述時 間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測解碼方法包括(a)對每個幀,基于表示下列兩種方法之一的切換碼,從輔助碼對時間延遲和乘數(shù) 進行解碼的步驟,(1)對所述幀將乘數(shù)和時間延遲解碼一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù)和時間延遲。技術方案5、一種長期預測編碼裝置,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去 相乘結(jié)果而得到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從所述輸入樣本時間系列信號的所述當 前樣本開始時間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測編碼裝置包括最小值選擇單元,對每個幀選擇下列四種方法之一,(1)對所述幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼,(3)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出時間延遲碼,(4)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,所述切 換碼表示所選擇的四種方法之一,所述輔助碼通過編碼時間延遲和乘數(shù)而得到,所述波形 碼通過編碼誤差信號樣本而得到;以及合成單元,輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合。技術方案6、一種長期預測編碼裝置,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去 相乘結(jié)果而得到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從所述輸入樣本時間系列信號的所述當 前樣本開始時間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測編碼裝置包括
最小值選擇單元,對每個幀選擇下列兩種方法之一,(1)對所述幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,所述切 換碼表示所選擇的兩種方法之一,所述輔助碼通過編碼時間延遲和乘數(shù)而得到,所述波形 碼通過編碼誤差信號樣本而得到;以及合成單元,輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合。技術方案7、一種長期預測解碼裝置,將誤差信號的當前樣本與相乘結(jié)果相加而得 到再構(gòu)成的時間系列信號樣本,該相乘結(jié)果通過對再構(gòu)成的時間系列信號的僅進行所述時 間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測解碼裝置包括解碼單元,對每個幀,基于表示下列四種方法之一的切換碼,從輔助碼對時間延遲 和乘數(shù)進行解碼,(1)對所述幀將乘數(shù)和時間延遲解碼一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù),(3)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼時間延遲,以及(4)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù)和時間延遲。 技術方案8、一種長期預測解碼裝置,將誤差信號的當前樣本與相乘結(jié)果相加而得 到再構(gòu)成的時間系列信號樣本,該相乘結(jié)果通過對再構(gòu)成的時間系列信號的僅進行所述時 間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測解碼裝置包括解碼單元,對每個幀,基于表示下列兩種方法之一的切換碼,從輔助碼對時間延遲 和乘數(shù)進行解碼,(1)對所述幀將乘數(shù)和時間延遲解碼一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù)和時間延遲。技術方案9、一種程序,用于在計算機上實施技術方案5至8任一項的裝置。技術方案10、一種記錄介質(zhì),其上記錄有程序,該程序用于在計算機上實施技術方 案5至8任一項的裝置。本發(fā)明的長期預測編碼方法包括(a)將對從輸入樣本時間系列信號的當前樣本開始僅進行規(guī)定時間延遲的過去樣 本乘以了乘數(shù)的相乘結(jié)果從所述輸入樣本時間系列信號的所述當前樣本中減去,得到相減 的結(jié)果作為誤差信號樣本的步驟;(b)將所述誤差信號樣本的系列編碼而得到第1碼的步驟;(c)將所述時間延遲和所述乘數(shù)分別編碼而得到第2碼和第3碼的步驟;以及(d)輸出所述第1碼和所述第2碼及第3碼的步驟,所述步驟(C)包含將所述時間延遲和所述乘數(shù)的至少一個進行可變長度編碼的步驟。本發(fā)明的長期預測解碼方法包括(a)從輸入碼中的第1碼解碼誤差信號的步驟;(b)從所述輸入碼中的第2碼和第3碼分別解碼時間延遲和乘數(shù)的步驟;以及(c)將對所述誤差信號的僅進行所述時間延遲的過去樣本乘以了所述乘數(shù)的相乘結(jié)果與所述誤差信號的當前樣本相加,將相加的結(jié)果再構(gòu)成作為時間系列信號的步驟,所述步驟(b)包含以下步驟,即將所述時間延遲和所述乘數(shù)的至少一個參照可變 長度碼語的碼表來進行解碼。本發(fā)明的長期預測編碼裝置包括乘法單元,對從輸入樣本時間系列信號的當前樣本開始僅進行規(guī)定時間延遲的過 去樣本乘以乘數(shù);減法單元,將所述乘法單元的輸出從所述當前樣本中減去,輸出誤差信號;波形編碼單元,將所述誤差信號編碼并得到第1碼;以及輔助信息編碼單元,將所述時間延遲和所述乘數(shù)分別編碼而輸出第2碼和第3碼,所述輔助信息編碼單元包含可變長度編碼單元,該可變長度編碼單元對所述時間 延遲和所述乘數(shù)的至少一個進行可變長度編碼。本發(fā)明的長期預測解碼裝置包括波形解碼單元,將輸入碼中的第1碼解碼而輸出誤差信號;輔助信息解碼單元,將所述輸入碼中的第2碼和第3碼分別解碼而得到時間延遲 禾口乘數(shù);乘法單元,對所述誤差信號的僅進行所述時間延遲的過去樣本乘以所述乘數(shù);以 及加法單元,將所述乘法單元的輸出與所述誤差信號的當前樣本相加而再構(gòu)成時間 系列信號,所述輔助信息解碼單元包含可變長度解碼單元,該可變長度解碼單元將所述第2 碼和所述第3碼的至少一個參照可變長度碼語的碼表來進行解碼。在長期預測編碼中使用的時間延遲τ或乘數(shù)ρ等輔助信息有時根據(jù)情況其值的 發(fā)生頻率中產(chǎn)生偏差,按照本發(fā)明,在這樣在發(fā)生頻率中存在偏差的情況下對輔助信息進 行可變長度編碼,所以可以提高編碼效率。
圖1是表示第1實施例的編碼裝置的功能結(jié)構(gòu)例的方框圖。圖2是表示圖1所示的裝置的處理步驟例的流程圖。圖3是簡單地表示長期預測編碼的輸入和輸出的關系的圖。圖4是用坐標圖和表表示乘數(shù)P ’小時的延遲τ及其發(fā)生頻率、對應碼語的關系 例的圖。圖5是用坐標圖和表表示乘數(shù)P ’大時的延遲τ及其發(fā)生頻率、對應碼語的關系 例的圖。圖6是表示第1實施例的解碼裝置的功能結(jié)構(gòu)例的方框圖。圖7是表示圖6所示的裝置的處理步驟例的流程圖。圖8是表示第2實施例的編碼裝置的要部的功能結(jié)構(gòu)例的方框圖。圖9是表示圖8所示的裝置的處理步驟例的流程圖。圖10是用坐標圖和表表示乘數(shù)P ’比基準值大時的乘數(shù)P的發(fā)生頻率和碼語的 關系例的圖。
圖11是用坐標圖和表表示乘數(shù)P ’為基準值以下時的乘數(shù)P的發(fā)生頻率和碼語 的關系例的圖。圖12是表示乘數(shù)編碼單元22的另一個實施例的方框圖。圖13是用坐標圖和表表示差分乘數(shù)Δ ρ的發(fā)生頻率和碼語的關系的圖。圖14是表示第2實施例的解碼側(cè)的乘數(shù)解碼單元54的功能結(jié)構(gòu)例的方框圖。圖15是表示圖14所示的裝置的處理步驟例的流程圖。圖16是用坐標圖和表表示乘數(shù)及其發(fā)生頻率和碼語的另一個關系例的圖。圖17是表示乘數(shù)的發(fā)生頻率和碼語的再一個例子的圖。圖18是表示時間延遲τ的編碼步驟的另一個例子的流程圖。圖19是表示與圖18對應的解碼的步驟例的流程圖。圖20是表示時間延遲τ的編碼方法的選擇處理步驟的另一個例子的流程圖。圖21是用于說明將乘數(shù)編碼和波形編碼的組最佳化的編碼的表示要部的結(jié)構(gòu)的 方框圖。圖22是表示使用多個延遲抽頭(tap)數(shù)時的編碼裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖23是表示與圖22的編碼裝置對應的解碼裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖24是表示第5實施例的編碼裝置的功能結(jié)構(gòu)例的方框圖。圖25是表示在基于多個樣本生成長期預測信號時應用了本發(fā)明的編碼裝置的要 部的功能結(jié)構(gòu)例的方框圖。圖26是表示與圖25的編碼裝置對應的解碼裝置的要部的功能結(jié)構(gòu)例的方框圖。
具體實施例方式〔第1實施例〕編碼側(cè)以下,參照
本發(fā)明的實施例,但在附圖中對于對應的部分賦予相同的參 照標號而省略重復說明。在圖1中表示第1實施例的編碼裝置的功能結(jié)構(gòu)例,在圖2中表 示其處理步驟例。首先,在具體說明本發(fā)明之前,對長期預測編碼方法簡單地進行說明。在圖1中, 對輸入端子11提供以一定周期對信號波形采樣而得到的數(shù)字樣本的時間系列信號。該樣 本的時間系列信號由區(qū)間分割單元12分割為規(guī)定區(qū)間(稱為幀),例如每1024 8192個 樣本的處理單位(步驟Si)。來自區(qū)間分割單元12的時間系列信號x(i) (i表示樣本號) 被延遲單元13延遲τ樣本(將延遲量表示為Ζτ),作為信號x(i_ τ)輸出(步驟S2)。乘 法單元14對作為延遲單元13的輸出的比當前樣本提早τ樣本的樣本(也被稱為時間延 遲τ的樣本)x(i_ τ)乘以被量化的乘數(shù)(以下,稱為量化乘數(shù))ρ ’,并且其相乘結(jié)果作為 長期預測信號由減法單元15從當前樣本x(i)減去,得到誤差信號y(i)。通常,τ和P’從編碼的時間系列信號的自相關函數(shù)求出。在將x(i)設為編 碼的時間系列信號,將幀內(nèi)的樣本數(shù)設為N,將該幀的時間系列信號x(i)的向量設為X = (x(0),…x(N-l)),將與該向量對應的延遲了 τ樣本的向量設為Χτ = (χ (-τ ),…, χ(Ν-Ι-τ))時,求將下述的失真d最小化的τ即可。d = x-P χτ I2(1)
為此,首先,通過將用P對式(1)進行偏微分而得到的式設為零來得到下式?!菜闶?〕
權(quán)利要求
一種長期預測編碼方法,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去相乘結(jié)果而得到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從所述輸入樣本時間系列信號的所述當前樣本開始時間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測編碼方法包括(a)對每個幀選擇下列四種方法之一的步驟,(1)對所述幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼,(3)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出時間延遲碼,(4)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,所述切換碼表示所選擇的四種方法之一,所述輔助碼通過編碼時間延遲和乘數(shù)而得到,所述波形碼通過編碼誤差信號樣本而得到;以及(b)輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的步驟。
2.一種長期預測編碼方法,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去相乘結(jié)果而得 到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從所述輸入樣本時間系列信號的所述當前樣本開始時 間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測編碼方法包括(a)對每個幀選擇下列兩種方法之一的步驟,(1)對所述幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,所述切換碼 表示所選擇的兩種方法之一,所述輔助碼通過編碼時間延遲和乘數(shù)而得到,所述波形碼通 過編碼誤差信號樣本而得到;以及(b)輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的步驟。
3.一種長期預測解碼方法,將誤差信號的當前樣本與相乘結(jié)果相加而得到再構(gòu)成的時 間系列信號樣本,該相乘結(jié)果通過對再構(gòu)成的時間系列信號的僅進行所述時間延遲的過去 樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測解碼方法包括(a)對每個幀,基于表示下列四種方法之一的切換碼,從輔助碼對時間延遲和乘數(shù)進行 解碼的步驟,(1)對所述幀將乘數(shù)和時間延遲解碼一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù),(3)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼時間延遲,以及(4)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù)和時間延遲。
4.一種長期預測解碼方法,將誤差信號的當前樣本與相乘結(jié)果相加而得到再構(gòu)成的時 間系列信號樣本,該相乘結(jié)果通過對再構(gòu)成的時間系列信號的僅進行所述時間延遲的過去 樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測解碼方法包括(a)對每個幀,基于表示下列兩種方法之一的切換碼,從輔助碼對時間延遲和乘數(shù)進行 解碼的步驟,(1)對所述幀將乘數(shù)和時間延遲解碼一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù)和時間延遲。
5.一種長期預測編碼裝置,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去相乘結(jié)果而得到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從所述輸入樣本時間系列信號的所述當前樣本開始時 間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測編碼裝置包括最小值選擇單元,對每個幀選擇下列四種方法之一,(1)對所述幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼,(3)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出時間延遲碼,(4)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,所述切換碼 表示所選擇的四種方法之一,所述輔助碼通過編碼時間延遲和乘數(shù)而得到,所述波形碼通 過編碼誤差信號樣本而得到;以及合成單元,輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合。
6.一種長期預測編碼裝置,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去相乘結(jié)果而得 到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從所述輸入樣本時間系列信號的所述當前樣本開始時 間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測編碼裝置包括最小值選擇單元,對每個幀選擇下列兩種方法之一,(1)對所述幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,所述切換碼 表示所選擇的兩種方法之一,所述輔助碼通過編碼時間延遲和乘數(shù)而得到,所述波形碼通 過編碼誤差信號樣本而得到;以及合成單元,輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合。
7.一種長期預測解碼裝置,將誤差信號的當前樣本與相乘結(jié)果相加而得到再構(gòu)成的時 間系列信號樣本,該相乘結(jié)果通過對再構(gòu)成的時間系列信號的僅進行所述時間延遲的過去 樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測解碼裝置包括解碼單元,對每個幀,基于表示下列四種方法之一的切換碼,從輔助碼對時間延遲和乘 數(shù)進行解碼,(1)對所述幀將乘數(shù)和時間延遲解碼一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù),(3)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼時間延遲,以及(4)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù)和時間延遲。
8.一種長期預測解碼裝置,將誤差信號的當前樣本與相乘結(jié)果相加而得到再構(gòu)成的時 間系列信號樣本,該相乘結(jié)果通過對再構(gòu)成的時間系列信號的僅進行所述時間延遲的過去 樣本乘以乘數(shù)而得到,所述長期預測解碼裝置包括解碼單元,對每個幀,基于表示下列兩種方法之一的切換碼,從輔助碼對時間延遲和乘 數(shù)進行解碼,(1)對所述幀將乘數(shù)和時間延遲解碼一次,(2)對所述幀分割成的多個副幀的每個副幀解碼乘數(shù)和時間延遲。
9.一種程序,用于在計算機上實施權(quán)利要求5至8任一項的裝置。
10.一種記錄介質(zhì),其上記錄有程序,該程序用于在計算機上實施權(quán)利要求5至8任一項的裝置。
全文摘要
長期預測編碼和長期預測解碼的方法和裝置。一種長期預測編碼方法,從輸入樣本時間系列信號的當前樣本中減去相乘結(jié)果而得到誤差信號樣本,該相乘結(jié)果通過對從輸入樣本時間系列信號的當前樣本開始時間延遲的過去樣本乘以乘數(shù)而得到,包括(a)對每個幀選擇下列四種方法之一的步驟,(1)對幀將乘數(shù)碼和時間延遲碼輸出一次,(2)對幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼,(3)對幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出時間延遲碼,(4)對幀分割成的多個副幀的每個副幀輸出乘數(shù)碼和時間延遲碼,以使切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的綜合碼量最小或編碼失真最小,以及(b)輸出所述切換碼和輔助碼以及波形碼的組合的步驟。
文檔編號G10L19/08GK101996637SQ201010510268
公開日2011年3月30日 申請日期2006年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月12日
發(fā)明者原田登, 守谷健弘, 嵯峨山茂樹, 西本卓也, 鐮本優(yōu) 申請人:日本電信電話株式會社;國立大學法人東京大學