專利名稱：矢量搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矢量搜索方法，它在對(duì)一個(gè)聲音信號(hào)和一個(gè)聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行壓縮以編碼的矢量量化中獲得最佳的聲源矢量。
通過利用時(shí)域和頻域的統(tǒng)計(jì)特征以及聽覺特性來壓縮聲音信號(hào)和聲學(xué)信號(hào)的多種編碼方法正為人所知。這些編碼方法可以分為時(shí)域編碼，頻域編碼，分析-合成編碼及其它。
作為用于壓縮以對(duì)聲音信號(hào)或其它類似信號(hào)進(jìn)行編碼的有效的編碼方法，已知一種正弦波分析編碼，諸如諧波編碼以及多頻帶激勵(lì)編碼(MBE)以及部分波頻編碼(SBC)，線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)，離散余弦變換(DCT)，經(jīng)調(diào)制的DCT(MDCT)，快速付立葉變換(FFT)，以及其它類似的方法。
當(dāng)對(duì)一個(gè)聲音信號(hào)進(jìn)行編碼時(shí)，利用相鄰采樣值之間的關(guān)系，可以根據(jù)過去的采樣值預(yù)測(cè)一個(gè)當(dāng)前的采樣值。自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼(APC)利用了這一特性并且對(duì)預(yù)測(cè)值和輸入信號(hào)之間差值，即預(yù)測(cè)余值進(jìn)行編碼。
在這種自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼中，在一個(gè)編碼單元中取出一個(gè)輸入信號(hào)，在上述編碼單元中可以將聲音信號(hào)看做是不變的，例如在一個(gè)20ms的幀單元中，并且根據(jù)由線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)得到的預(yù)測(cè)參數(shù)進(jìn)行線性預(yù)測(cè)，從而得到預(yù)測(cè)值與輸入信號(hào)之間的差值。將這一差值量化并與預(yù)測(cè)系數(shù)和作為輔助信息的量化步進(jìn)寬度相乘，從而以幀為單位傳輸。
下面將介紹編碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)編碼方法，以其作為預(yù)測(cè)編碼方法的代表。
上述CELP編碼使用一個(gè)噪聲代碼字典，稱為代碼簿，從其中選擇最佳的噪聲來表現(xiàn)輸入聲音信號(hào)，并對(duì)其數(shù)字索引進(jìn)行傳輸。在CELP編碼中，對(duì)于時(shí)間軸波形的矢量量化實(shí)行使用合成分析的封閉循環(huán)，這樣對(duì)聲源參數(shù)進(jìn)行編碼。


圖1為一方框圖，表示了使用CELP編碼對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行編碼的編碼裝置的主要部分的構(gòu)成。以下參考這種編碼裝置的構(gòu)成介紹所述的CELP編碼。
首先在LPC分析器20中對(duì)從輸入端子10輸入的聲音信號(hào)進(jìn)行LPC(線性預(yù)測(cè)編碼)分析，將得到的預(yù)測(cè)參數(shù)傳送至合成濾波器30。此外，還將該預(yù)測(cè)參數(shù)傳送至多路傳輸器130。
在合成濾波器30中，將來自LPC分析器20的預(yù)測(cè)參數(shù)同來自自適應(yīng)代碼簿40和噪聲代碼簿60經(jīng)過了放大器50和70以及加法器80的標(biāo)記矢量進(jìn)行合成，對(duì)此將在下文中詳述。
加法器90確定從輸入端子10提供的聲音信號(hào)同來自合成濾波器30的預(yù)測(cè)值之間的差值，并將其傳送至聽覺加權(quán)模塊100。
考慮到人類聽覺的特征，在聽覺加權(quán)模塊100中對(duì)加法器90中得到的差值進(jìn)行加權(quán)。誤差計(jì)算器110搜索標(biāo)記矢量以使按聽覺加權(quán)的差值，即來自合成濾波器30的預(yù)測(cè)值與輸入聲音信號(hào)以及放大器50和70的增益之間的差值的失真最小。將搜索的結(jié)果作為索引傳送到自適應(yīng)代碼簿40，噪聲代碼簿60，增益代碼簿120以及多路傳輸器130，以便從輸出端140作為傳輸路徑標(biāo)記傳輸。
這樣，從自適應(yīng)代碼簿40和噪聲代碼簿60中選取了表現(xiàn)輸入聲音信號(hào)的最佳標(biāo)記矢量，并為了將他們合成確定了最佳的增益。應(yīng)該注意的是，上述處理能夠在對(duì)輸入端子10輸入的聲音信號(hào)進(jìn)行了按聽覺加權(quán)之后進(jìn)行，并且可以對(duì)存儲(chǔ)在代碼簿中的標(biāo)記矢量進(jìn)行按聽覺加權(quán)。
下面介紹上述的自適應(yīng)代碼簿40，噪聲代碼簿60和增益代碼簿120。
在CELP編碼中，用于表現(xiàn)輸入聲音信號(hào)的聲源矢量是由存儲(chǔ)在自適應(yīng)代碼簿40中的標(biāo)記矢量和存儲(chǔ)在噪聲代碼簿60中的標(biāo)記矢量的線性和構(gòu)成。這里，為了表現(xiàn)使得經(jīng)過按聽覺加權(quán)的與輸入聲音信號(hào)差別最小的聲源矢量的各個(gè)代碼簿的索引是通過計(jì)算對(duì)于所有存儲(chǔ)標(biāo)記矢量的合成濾波器30的輸出矢量并且在誤差計(jì)算器110中計(jì)算誤差來確定的。
此外，通過相似的搜索將放大器50中的自適應(yīng)代碼簿的增益和放大器70中的噪聲代碼器的增益進(jìn)行編碼。
噪聲代碼簿通常包含一系列具有離差1的高斯噪聲矢量，如2的位數(shù)次方的代碼簿矢量。并且通常選擇代碼簿矢量的組合以使得聲源矢量的失真度最小，該聲源矢量是通過對(duì)這些代碼簿矢量增加適當(dāng)?shù)脑鲆娴玫降摹?br> 通過增加代碼簿的維數(shù)可以減少對(duì)所述代碼簿矢量進(jìn)行量化時(shí)的量化失真。例如，所用的代碼簿為40維，2的9次方即512項(xiàng)。
使用這種CELP編碼，可以得到比較而言更高的壓縮率和更好的音質(zhì)。然而大維度代碼簿的使用在合成濾波器中需要大的計(jì)算量，并需要大量的代碼簿存儲(chǔ)量，這給實(shí)時(shí)處理造成困難。如果要保證有好的聲音質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的滯后。此外，還有一個(gè)問題，就是僅僅一位編碼誤差就會(huì)帶來完全不同的矢量再現(xiàn)。就是，對(duì)于標(biāo)記誤差這種編碼方法還不足。
為了克服上述CELP編碼的問題，采用了矢量和激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(VSELP)編碼。以下將參照?qǐng)D2和圖3介紹這種VSELP編碼。
圖2為一方框圖，它表示了利用VSELP對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行編碼的編碼裝置所使用的噪聲代碼簿的構(gòu)成。
VSELP編碼使用了一個(gè)由多個(gè)預(yù)定基礎(chǔ)矢量組成的噪聲代碼簿260。存儲(chǔ)在噪聲代碼簿260中的每一個(gè)基礎(chǔ)矢量數(shù)M與系數(shù)+1或-1相乘以顛倒與所述索引相對(duì)應(yīng)的值，由解碼器210借助代碼輔助部分270-1到270-M將所述索引解碼。與系數(shù)+1或-1相乘的M個(gè)基礎(chǔ)矢量在加法器280中互相組合以產(chǎn)生2M個(gè)噪聲標(biāo)記矢量。
結(jié)果，通過對(duì)M個(gè)基礎(chǔ)矢量及其和值和差值進(jìn)行卷積運(yùn)算，對(duì)于全部噪聲標(biāo)記矢量得到了卷積計(jì)算結(jié)果。另外，由于僅須將M個(gè)基礎(chǔ)矢量存儲(chǔ)在噪聲代碼簿260中，就可以減少存儲(chǔ)量。另外，由于所產(chǎn)生的2M個(gè)噪聲標(biāo)記矢量具有多種構(gòu)成，這所以通過將基礎(chǔ)矢量相加或相減來表現(xiàn)，所以這能夠提高對(duì)標(biāo)記誤差的承受能力。
圖3為一方框圖，表示了具有上述噪聲代碼簿的VSELD編碼裝置主要部分的構(gòu)成。在這種VSELD編碼裝置中，在傳統(tǒng)CELP編碼裝置中通常為512的噪聲代碼簿數(shù)目M減少至9，并且由符號(hào)添加器365給每個(gè)標(biāo)記矢量(基礎(chǔ)矢量)加上一個(gè)符號(hào)+1或-1，從而在加法器370中得到了這些矢量的線性和，以便產(chǎn)生29＝512個(gè)噪聲標(biāo)記矢量。
如上面已經(jīng)講過的，VSELP編碼的主要特征就是噪聲標(biāo)記矢量由基礎(chǔ)矢量的線性和形成，并且立即對(duì)自適應(yīng)代碼簿的增益和噪聲代碼簿的增益進(jìn)行矢量量化。
這種VSELP編碼的基本構(gòu)成就是一種通過合成的分析方法，即實(shí)施一種音調(diào)頻率分量和噪聲分量的線性預(yù)測(cè)合成作為激勵(lì)源。就是說，從自適應(yīng)代碼簿340和噪聲代碼簿360的矢量單元中選出一個(gè)波形，該自適應(yīng)代碼簿340隨輸入聲音信號(hào)的頻率而定，以進(jìn)行線性預(yù)測(cè)合成，從而選取使得與輸入聲音信號(hào)差別為最小的標(biāo)記矢量和增益。
在VSELP編碼中，選自自適應(yīng)代碼簿的標(biāo)記矢量代表輸入聲音信號(hào)的音調(diào)分量，而選自噪聲代碼簿的標(biāo)記矢量代表輸入聲音信號(hào)的噪聲分量，從而可以同時(shí)獲得組合的兩個(gè)最佳參數(shù)。
在這種處理中，由于基礎(chǔ)矢量?jī)H具有被加上+1或-1的自由度，并且自適應(yīng)代碼簿并不與基礎(chǔ)矢量相正交，如果要很好地確定自適應(yīng)代碼簿和噪聲代碼簿的矢量在執(zhí)行CELP處理程序時(shí)的效果會(huì)降低。為了克服這一點(diǎn)，在VSELP中，根據(jù)以下步驟確定基礎(chǔ)矢量符號(hào)。
首先，搜索輸入聲音信號(hào)的音調(diào)頻率以確定自適應(yīng)代碼簿的標(biāo)記矢量。接下來將噪聲基礎(chǔ)矢量設(shè)計(jì)為與自適應(yīng)代碼簿的標(biāo)記矢量空間正交，并計(jì)算出其與輸入矢量的內(nèi)積，從而確定噪聲代碼簿的標(biāo)記矢量。
下面，根據(jù)確定出的兩個(gè)標(biāo)記矢量，搜索代碼簿以確定增益β與增益γ的組合，它使得合成矢量同輸入聲音信號(hào)間的差別最小。為了量化這兩個(gè)增益，使用一對(duì)雙參數(shù)對(duì)等轉(zhuǎn)換。在這里，β對(duì)應(yīng)于長(zhǎng)期預(yù)測(cè)增益系數(shù)，而γ對(duì)應(yīng)于標(biāo)記矢量的標(biāo)量增益。
盡管VSELP編碼中的代碼簿搜索的計(jì)算量比CELP編碼中的計(jì)算量已經(jīng)減少，但是仍然需要進(jìn)一步提高處理速度，進(jìn)一步減少滯后。
所以，本發(fā)明的一個(gè)目的為在對(duì)輸入聲音信號(hào)或其它類似信號(hào)進(jìn)行矢量量化時(shí)簡(jiǎn)化代碼簿搜索，提高矢量搜索速度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在本發(fā)明的矢量搜索方法中，包括根據(jù)將多個(gè)基礎(chǔ)矢量合成得到的合成矢量獲得的預(yù)測(cè)矢量，每個(gè)基礎(chǔ)矢量與系數(shù)+1或-1相乘，確定這樣的一個(gè)矢量以使得它同已知輸入矢量間的差值最小或使它同已知輸入矢量間的內(nèi)積最大，根據(jù)格雷碼，通過改變與每個(gè)基礎(chǔ)矢量相乘的系數(shù)的組合來實(shí)施計(jì)算，以得到它同輸入矢量間的差值或得到它同輸入矢量間的內(nèi)積，從而通過基于與格雷碼u緊鄰的i和它們之間的變化量DGu的中間值Gi來表示中間值Gu，它是從根據(jù)格雷碼u產(chǎn)生的合成矢量得到的。
更進(jìn)一步說，通過使用當(dāng)格雷碼的預(yù)定比特位量變化時(shí)的合成矢量變化量與不同的比特位置變化時(shí)合成矢量的變化量之間的差值得到基礎(chǔ)矢量的組合，它使得輸入矢量與預(yù)測(cè)矢量的差值最小，或者使得它們之間的內(nèi)積最大。
根據(jù)上述矢量搜索方法，通過利用格雷碼的特性，能夠使用為實(shí)施下面計(jì)算而獲得的計(jì)算結(jié)果，這樣能夠提高矢量搜索速度。
圖1為一方框圖，它表示了一個(gè)用于解釋CELP編碼的編碼裝置的構(gòu)成實(shí)例。
圖2為一方框圖，它表示了用于VSELP編碼的噪聲代碼簿的構(gòu)成。
圖3為一方框圖，它表示了用于解釋VSELP編碼的編碼裝置的構(gòu)成實(shí)例。
圖4表示了二進(jìn)制格雷編碼的實(shí)例。
圖5為一流程圖，它表示了根據(jù)本發(fā)明的矢量搜索方法的程序。
圖6表示了根據(jù)本發(fā)明的矢量搜索方法與常規(guī)矢量搜索之間的計(jì)算量和存儲(chǔ)器寫入量的比較。
圖7解釋了PSI-CELP。
圖8為一方框圖，它表示了用于解釋PSI-CELP編碼的編碼裝置的構(gòu)成實(shí)例。
現(xiàn)在針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的矢量搜索方法進(jìn)行敘述。
首先，介紹由上面提到的VSELP編碼裝置進(jìn)行的矢量量化的情況。
在波形編碼和分析-合成系統(tǒng)中，取代對(duì)每個(gè)波形采樣值和譜包絡(luò)參數(shù)進(jìn)行量化，將多個(gè)組合的數(shù)值(矢量)表示為具有一個(gè)標(biāo)記的整體。這樣的一個(gè)量化方法稱為矢量量化。在運(yùn)用波形矢量量化進(jìn)行編碼時(shí)，將經(jīng)過采樣的波形以預(yù)定的時(shí)間間隔切斷作為編碼單元，并且將該時(shí)間間隔中的波形型式表示為一個(gè)標(biāo)記。為此，事先將多個(gè)波形型式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并對(duì)它們加以標(biāo)記。標(biāo)記與型式(經(jīng)過標(biāo)記的矢量)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系由一個(gè)代碼簿指出。
對(duì)于一個(gè)聲音信號(hào)波形，對(duì)于每個(gè)時(shí)間間隔將其同存儲(chǔ)在代碼簿中的每個(gè)參數(shù)進(jìn)行比較，并用具有最高相似度的波形標(biāo)記來表示該間隔的波形。這樣，可以用有限數(shù)目的型式來表示多個(gè)輸入聲音。所以，考慮到模式分布一類因素應(yīng)當(dāng)將減小整個(gè)失真度的適當(dāng)?shù)哪Ｊ酱鎯?chǔ)在代碼簿中。
該矢量量化可以是一種高效的編碼，這種編碼是以這樣的事實(shí)為基礎(chǔ)的，即所實(shí)現(xiàn)的模式具有多種特性，從而可以在聲音波形的一個(gè)確定間隔內(nèi)的采樣點(diǎn)之間看到相關(guān)性，并且將采樣點(diǎn)光滑連接。
接下來，將介紹用于搜索經(jīng)過標(biāo)記的矢量的矢量搜索，上述經(jīng)過標(biāo)記的矢量使得輸入矢量同合成矢量間差別最小，上述合成矢量是由選自代碼簿的多個(gè)矢量的最佳組合形成的。
首先，假設(shè)p(n)是一個(gè)經(jīng)過按聽覺加權(quán)的聲音信號(hào)而q’m(n)(1≤m≤M)是一個(gè)正交于經(jīng)過按聽覺加權(quán)的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)矢量的基礎(chǔ)矢量。
公式(1)給出了輸入矢量和由選自代碼簿的多個(gè)矢量組合形成的合成矢量的內(nèi)積。就是說，通過獲取使公式(1)值最大的θij，使得合成矢量與輸入矢量間的內(nèi)積最大。
值得注意的是，如果標(biāo)記字i的j位為0則組合θij為-1，而如果標(biāo)記詞i的j位為1則θij為1(0≤i≤2M-1，1≤m≤M)。[公式1］(Σn=0N-1Σm=1Mθimqm′(n)p(n))2Σn=0N-1(Σm=1Mθimqm′(n))2-Max.---(1)]]>將公式(1)的分母演變得到公式(2)。[公式2]2Σn=0N-1Σj=2MΣm=1j-1θimθijqm′(n)qj′(n)+Σn=0N-1Σm=1Mqm′(n)2---(2)]]>在此，引入由公式(3)給出的變量Rm以及由公式(4)給出的變量Dmj。[公式3]Rm=2Σn=0N-1qm′(n)p(n)---(3)]]>Dmj=4Σn=0N-1qm′(n)qj′(n)----(4)]]>將變量Rm和Dmj代入公式(1)得到公式(5)。[公式4](12Σm=1MθimRm)212Σj=2MΣm=1j-1θimθifDmj+14Σm=1MDmm----(5)]]>在此，進(jìn)一步引入由公式(b)給出的變量Ci以及由公式(7)給出的變量Gi。[公式5]Gi=12Σm=1MθimRm---(6)]]>Gi=12Σj=2MΣm=1j-1θimθijDmj+14Σm=1MDmm---(7)]]>通過使用這些變量Ci和Gi能夠?qū)⒐?1)改寫為公式(8)。就是說，通過得到使公式(8)值最大的變量Ci和Gi，可以使合成矢量同輸入矢量之間的相關(guān)性最大。
Ci2/G1-Max.(8)順便講一下，如果有一個(gè)標(biāo)記字u，其僅僅在V位與標(biāo)記字i不同，并且如果Ci和Gi已知，于是可以用公式(9)和公式(10)表示Cu和Gu。[公式6]Cu＝C1+θuvRv…(9)Gu=Gi+Σj=1v-1θujθuvDjv+Σj=v+1MθujθuvDjv----(10)]]>通過運(yùn)用這些并通過使用二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換該標(biāo)記字i，可以高效地計(jì)算選自代碼簿的多個(gè)標(biāo)記矢量的最佳組合。格雷碼將在后面詳細(xì)介紹。
如果假設(shè)ΔGu為Gi到Gu的變化量，可以將公式(10)改寫為公式(11)。[公式7]ΔGu=Σj=1v-1θujθuvDjv+Σj=v+1MθufθuvDjv----(11)]]>在這里，二進(jìn)制格雷碼的標(biāo)記詞字u’與標(biāo)記字i僅在V位上不同。標(biāo)記字u’與在先的標(biāo)記字u除V位以外僅有一位不同。
現(xiàn)在，如果假設(shè)W為上面提到的比特位置，則θUV的符號(hào)相反，并且可以從公式(11)得到公式(12)的關(guān)系。
ΔGu′＝-ΔGu+2θuwθuvDwv(12)從這里，當(dāng)V位首先變?yōu)槎M(jìn)制格雷碼時(shí)，用公式(11)獲取變化量ΔGu，并在這之后用公式(12)獲取在相同的V位的變化量，這提高了矢量搜索速度。
圖4表示了當(dāng)M＝4時(shí)的二進(jìn)制格雷碼。正如在這里所看到的，格雷編碼是一種循環(huán)編碼，其中相鄰的兩個(gè)標(biāo)記字僅有一位不同。
這里，留意一下V＝3的比特位置，例如，當(dāng)N從3變?yōu)?時(shí)，如參考標(biāo)記425所示，該值發(fā)生變化，并且在N從11變?yōu)?2時(shí)，如參考標(biāo)記42b所示，該值發(fā)生變化。就是說，如果將N＝4時(shí)的格雷碼同N＝12時(shí)的格雷碼相比，唯一不同的是W位(W＝4)，V位(V＝3)除外。
這時(shí)，如果假設(shè)N＝4時(shí)的格雷碼為u，而N＝12時(shí)的格雷碼為u’，于是當(dāng)N＝4θu1＝-1， θu2＝1， θu3＝1， θu4＝-1當(dāng)N＝12 θu′1＝-1，θu′2＝1，θu′3＝-1，θu′4＝1(13)從這個(gè)以及公式(11)可以得到下面的公式。當(dāng) N＝4 ΔGu＝θu3{θu1D13+θu2D23+θu4D43}當(dāng) N＝12 ΔGu′＝θu′3{θu′1D13+θu′2D23+θu′4D43}(14)如上面已經(jīng)敘述過的，因?yàn)閂＝1和2的比特位置具有相同的標(biāo)記，而V＝3和4比特位置是不同的標(biāo)記，下列公式滿足。
ΔGu′＝-θu3{θu1D13+θu2D23+(-θu4)D43}(15a)＝-θu3{θu1D13+θu2D23+θu4D43}+2θu3θu4D43＝-ΔGu+2θu3θu4D43(15b)就是說，可以將公式(15a)化簡(jiǎn)為公式(15b)。
圖5為一流程圖，它表示上述根據(jù)本發(fā)明的矢量搜索方法的程序。
首先，在步驟ST1，由公式(3)計(jì)算變量Rm，由公式(4)計(jì)算變量Dmj。
在步驟ST2，由公式(b)計(jì)算變量Co，由公式(7)計(jì)算變理Go。
在步驟ST3，由公式(9)計(jì)算Ci(1≤i≤2M-1)。
在步驟ST4，計(jì)算V-1位。
在步驟ST5，當(dāng)一個(gè)確定的V位首先改變，由公式(11)計(jì)算Gu的變化量ΔGu。
在步驟ST6，當(dāng)剩下的V位變化時(shí)，由公式(12)計(jì)算ΔGu。
在步驟ST7，將V位設(shè)置為V+1。
在步驟ST8，判斷V是否等于或小于M。如果V小于或等于M，則控制返回步驟ST5以重復(fù)上述過程。相反，如果V大于M，控制進(jìn)行到步驟ST9。
在步驟ST9，計(jì)算Gu＝G1+ΔG(其中1≤μ≤2M-1)，完成了矢量搜索。
圖6表示了根據(jù)本發(fā)明的矢量搜索方法的計(jì)算處理量與常規(guī)的矢量搜索方法的處理量的比較情況。
圖6A表示了乘法計(jì)算次數(shù)的比較結(jié)果。而圖6B表示了加法和減法計(jì)算次數(shù)的比較結(jié)果。從這些結(jié)果可以看到隨著M的增加，計(jì)算次數(shù)減少。
此外，圖6C表示了寫存儲(chǔ)器次數(shù)的比較結(jié)果。這個(gè)結(jié)果表明，與常規(guī)的矢量搜索方法相比，寫存儲(chǔ)器次數(shù)增加為二倍，與M值無關(guān)。
接下來介紹以PSI-CELP編碼實(shí)行矢量量化的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的矢量量化方法。
該P(yáng)SI-CELP(音調(diào)合成革新CELP)編碼，通過對(duì)于從具有自適應(yīng)代碼簿的音調(diào)周期性(音調(diào)滯后)的噪聲代碼簿提取的標(biāo)記矢量進(jìn)行周期性處理從而成為一種用于獲取聲音現(xiàn)有部分改進(jìn)音質(zhì)的高效的聲音編碼方法。
圖7概括表示了對(duì)于選自噪聲代碼簿的標(biāo)記矢量的周期性音調(diào)處理。在上述的CELP編碼中，自適應(yīng)代碼簿用于有效地表現(xiàn)一個(gè)聲音信號(hào)，該聲音信號(hào)包含了周期性的音調(diào)組分。然而，當(dāng)位速率降低至4kbs，則為音調(diào)編碼標(biāo)記的位數(shù)減少，這樣，僅用自適應(yīng)代碼簿則不足以表現(xiàn)上述包含了周期性音調(diào)組分的聲音信號(hào)。
為了克服這一點(diǎn)，在PSI-CELP編碼系統(tǒng)中，選自噪聲代碼簿的標(biāo)記矢量須經(jīng)過周期性的處理。這就能夠準(zhǔn)確地表現(xiàn)包含周期性音調(diào)組分的聲音信號(hào)，該周期性音調(diào)組分僅用自適應(yīng)代碼簿是不足以表現(xiàn)的。應(yīng)該注意的是，所述滯后(音調(diào)滯后)L代表了用采樣數(shù)目表示的音調(diào)周期。
圖8為一方框圖，它表示了PSI-CELP編碼裝置主要部分的構(gòu)成實(shí)例。下面，將參照附圖8介紹這種PSI-CELP編碼。
PSI-CELP編碼的特點(diǎn)在于實(shí)行噪聲代碼簿的音調(diào)周期性處理。這種周期性處理就是通過取出一個(gè)為該聲音信號(hào)基礎(chǔ)周期的音調(diào)周期性分量將聲音信號(hào)變形從而對(duì)其進(jìn)行重復(fù)。
從輸入端710提供的聲音信號(hào)首先須經(jīng)過線性預(yù)測(cè)分析，這是在一線性預(yù)測(cè)分析器720中進(jìn)行的，并且將所得到的預(yù)測(cè)系數(shù)送入線性預(yù)測(cè)合成濾波器730中。在該合成濾波器730中將取自LPC分析器720的預(yù)測(cè)系數(shù)同自適應(yīng)代碼640和噪聲代碼簿680，760，761分別通過放大器650，670和加法器780進(jìn)行合成。
選自噪聲代碼簿660的噪聲標(biāo)記矢量是一個(gè)由選擇器655從32個(gè)基礎(chǔ)矢量中選出并通過符號(hào)添加器657與系數(shù)+1或-1相乘得到的矢量。乘以系數(shù)+1或-1的噪聲標(biāo)記矢量以及取自自適當(dāng)代碼簿的標(biāo)記矢量是由選擇器652選擇的，并且經(jīng)由放大器650施以一個(gè)預(yù)定的增益g0，從而將其送至加法器780。
另一方面由選擇器755和756從16個(gè)基礎(chǔ)矢量中分別選擇來自噪聲代碼簿的噪聲標(biāo)記矢量，并經(jīng)過音調(diào)循環(huán)器750和751的音調(diào)周期性處理，在這之后由符號(hào)添加器740和741將其與系數(shù)+1或-1相乘，從而送至加法器765。這之后，在放大器770中對(duì)它們施以一個(gè)增益g1并將其送至加法器780中。
由放大器650和770分別施以了增益的標(biāo)記矢量在加法器780中相加并送至線性預(yù)測(cè)合成濾波器730中。
在加法器790中得到從輸入端子710提供的聲音信號(hào)與線性預(yù)測(cè)合成濾波器730的預(yù)測(cè)值之間的差值。
考慮到人的聽覺特點(diǎn)，在聽覺加權(quán)失真縮減器800中將從加法器790中得到的差值經(jīng)過按聽覺加權(quán)。確定經(jīng)過聽覺加權(quán)的差值以便將線性預(yù)測(cè)合成濾波器730的預(yù)測(cè)值與輸入聲音信號(hào)之間的差值誤差減至最小。將結(jié)果作為一個(gè)索引傳送至自適應(yīng)代碼簿640，噪聲代碼簿660，760和761，并作為一個(gè)傳送通路標(biāo)記輸出。
順便提一下，在LSP中段第二級(jí)量化中給出了一個(gè)由選自代碼簿的多個(gè)矢量的組合形成的合成矢量與輸入中段LSP誤差矢量之間的歐幾里德(Euclid)距離。就是說，通過獲得一對(duì)使公式(16)給出的歐幾里德(Euclid)為最小的θ(k，i)來進(jìn)行這一計(jì)算，其中假設(shè)0≤k≤MM-1，以及0≤i≤7。[公式8]D(k)2=Σj=07(lspe(k,j)-Σi=07θ(k,i)GLSPM2(i,j))2---(18)]]>將公式(16)演變?yōu)橄旅娴墓?17)。[公式9]D(k)2=Σj=07lspe(k,j)2-2Σi=07θ(k,i)Σj=07lspe(k,j)CLSPM2(i,j)]]>+2Σi=07Σm=i+17θ(k,i)θ(k,m)Σj=07CLSPM2(i,j)CLSPM2(m,j)----(17)]]>+Σi=07Σj=07CLSPM2(i,j)2]]>在這里引入由公式(18)給出的變量R(k，i)(0＜k＜MM-i，0＜1＜7)以及由公式(19)給出的變量D(i，m)(0＜i，m＜7)。[公式10]R(k,i)=2Σj=D7lspe(k,j)CLSPM2(i,j)---(18)]]>D(i,m)=4Σj=07CLSPM2(i,j)CLSPM2(m,j)----(19)]]>在公式(17)中，其右側(cè)第一項(xiàng)一直為常數(shù)，并且可以適當(dāng)?shù)貙⑵涫÷?。通過代入上述變量R和D，可以獲得滿足下列公式(20)所限定的關(guān)系的θ(k，i)。[公式11]-Σi=07θ(k,i)R(k,i)+12Σi=07Σm=i+17θ(k,i)θ(k,m)D(i,m)----(20)]]>+14Σi=07D(i,i)-Min.]]>在這里，進(jìn)一步引入由公式(21)給出的變量CI和由公式(22)給出的變量GI(其中0≤I≤28-1)。[公式12]GI=12Σi=07θ(k,i)R(k,i)---(21)]]>GI=12Σi=07Σm=i+17θ(k,i)θ(k,m)D(i,m)+14Σi=07D(i,i)----(22)]]>將上述變量CI和GI代入公式(20)得到下面的式子。
-2*CI+GI-Min.(23)就是說通過獲得使公式(23)值最小的變量CI和GI可以使誤差最小。
在上述PSI-CELP編碼系統(tǒng)中的矢量搜索中，公式(21)和(22)與VSELP編碼中的矢量搜索中的公式(9)和(10)形式相同。因此，上述根據(jù)本發(fā)明的矢量搜索方法也能夠應(yīng)用于PSI-CELP，以提高矢量搜索速度。
根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)用了格雷碼特征的矢量搜索方法，使用已經(jīng)變成的計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行下一步計(jì)算，這樣能簡(jiǎn)化合成矢量的計(jì)算并提高矢量搜索速度。
權(quán)利要求
1.一種矢量搜索方法，其特征在于以這樣的方法計(jì)算預(yù)測(cè)矢量與輸入矢量之間的差值誤差，就是根據(jù)格雷碼改變與多個(gè)基礎(chǔ)矢量相乘的矢量的組合。
2.如權(quán)利要求1所述的一種矢量搜索方法，其特征在于通過計(jì)算根據(jù)格雷碼的標(biāo)記字u產(chǎn)生的合成矢量得到的中間值Gu是由通過計(jì)算根據(jù)相鄰標(biāo)記字產(chǎn)生的合成矢量得到的中間值Gi以及一個(gè)通過運(yùn)用所述格雷碼特征計(jì)算的變化量ΔGu來表示的，其中所述標(biāo)記字i與所述標(biāo)記字u僅在預(yù)定的V位不同，以及所述ΔGu用于表示中間值Gi’和Gu’之間的變化ΔGu’，該中間值Gi’與所述格雷碼中的另一個(gè)標(biāo)記字i’相對(duì)應(yīng)，而該中間值Gu’與僅在預(yù)定的V位與上述標(biāo)記間i’不同的相鄰標(biāo)記字u’相對(duì)應(yīng)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種矢量搜索方法，其特征在于通過將所述合成矢量同基于過去聲源信號(hào)的矢量合成，由一個(gè)預(yù)測(cè)合成濾波器產(chǎn)生上述預(yù)測(cè)矢量。
4.如權(quán)利要求2所述的一種矢量搜索方法，其特征在于所述格雷編碼中的所述標(biāo)記字u’僅在除了預(yù)定的V位以外的W位與所述標(biāo)記字u不同，以及所述變化量ΔGu’是由已經(jīng)根據(jù)所述格雷編碼的所述標(biāo)記字u得到的變化量ΔGu與所述變化量ΔGu和所述ΔGu’之間的差值的和來表示的。
5.如權(quán)利要求2所述的一種矢量搜索方法，其特征在于所述使所述預(yù)測(cè)矢量與所述輸入矢量之間的差值為最小的計(jì)算就是這樣一種計(jì)算，它確定一個(gè)合成矢量并使其與所述輸入矢量的內(nèi)積為最大，上述合成矢量是從由對(duì)于所述格雷編碼的所述標(biāo)記字的合成矢量產(chǎn)生的合成矢量中確定的，以及所述內(nèi)積是用兩個(gè)變量Ci和Gi表示的，如Ci2/Gi，使其值為最大。
6.如權(quán)利要求2所述的一種矢量搜索方法，其特征在于，所述使所述預(yù)測(cè)矢量與所述輸入矢量之間的差值為最小的計(jì)算就是這樣一種計(jì)算，它確定一個(gè)合成矢量并使其到所述輸入矢量的歐幾里德(Euclid)距離最小，上述合成矢量是從由對(duì)于所述格雷編碼的所述標(biāo)記字的合成矢量產(chǎn)生的合成矢量中確定的，以及所述歐幾里德(Euclid)距離是由兩個(gè)變量Ci和Gi的和表示的，其和值最小。
全文摘要
本發(fā)明在對(duì)一個(gè)聲音信號(hào)或類似信號(hào)進(jìn)行編碼時(shí)簡(jiǎn)化了矢量量化中的代碼簿搜索,提高了矢量搜索速度。在符號(hào)添加器270中,將噪聲代碼簿260中的M個(gè)基礎(chǔ)矢量中的每一個(gè)乘以一個(gè)系數(shù)±1,并且在加法器280中將其合成以產(chǎn)生文檔編號(hào)G10L19/12GK1203411SQ9810940
公開日1998年12月30日 申請(qǐng)日期1998年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月28日
發(fā)明者前田祐児, 前田修一 申請(qǐng)人:索尼公司