具有矢量激勵源的數字語言編碼器的製作方法

2023-09-20 05:21:45

專利名稱：具有矢量激勵源的數字語言編碼器的製作方法
技術領域：
本發明涉及語言編碼器，具體涉及採用矢量激勵源的數字式語言編碼器。
在本領域內，語言編碼器是眾所周知的。一些語言編碼器將語音樣值轉換為數位化的代碼，然後通過採用線性預測編碼法顯示出語言頻譜信息。另一些語言編碼器通過提供一個與原來的語音信號有關的激勵信號來改進普通的線性預測編碼技術。本發明人早先在美國專利Us.4817157中已敘述過一種具有改進的矢量激勵源的數字式語言編碼器，其中，可查閱一種激勵矢量代碼簿來選取一個最適合於可資利用信息的激勵信號。由此可提供出一個嚴密代表原話音信號、復原的語言信號。
通常，如果有大量可用的備選激勵矢量可用作激勵源，則由此得出的解碼語言信號將更嚴密地代表原來的未編碼的語言信號。然而，這樣來提高性能一般會導致代碼簿規模的增大，並且通常會增加處理的複雜性和數據的速率。
因此，需要有採用矢量激勵信號的一種數字式語言編碼器。其中，對於給定規模的代碼簿而言，可在最小限度地增加複雜性和基本上不增加數據率的情況下使解碼的語言信號的質量實質上達到最高。
通過配置以這裡公布的具有改進的語言質量的、帶有矢量激勵源的數字式語言編碼器，上述的需要和其它要求基本上能得到滿足。根據本發明，在對一個信號樣值例如一個語言樣值進行編碼時，編碼器首先確定這個語言樣值的音調時間(pitch period)參數。部分地依賴於這個音調時間參數，可以確定出一個具體的編碼的激勵信號，而與音調濾波器係數無關。因此，可使得用於那個具體語言樣值的音調濾波器係數最優化。這種方法允許在取定備選的激勵信號時，不需相應地增加處理的複雜性或數據率。
在一個實施例中，確定編碼的激勵信號時基本上與任何音調信息無關。具體地說，對於由代碼簿提供的備選激勵信號進行處理，以便基本上消除至少部分地可由一個參數分量來代表的那些分量，而該參考分量至少部分地與中間音調矢量有關聯。更具體地說，將與中間音調矢量有關的矢量分量從備選激勵信號中除掉(這一步驟稱為正交化)。然後，經正交化的備選激勵信號與未編碼的語言樣值進行比較，以識別出最佳地代表這個具體的語言樣值的備選激勵信號。包括音調濾波器係數在內的音調信息隨後可得到優化，以最佳地適合於選定的激勵信號，藉此產生出該語言信號的全面優化的編碼信號。
在另一個實施例中，配置了一個備選激勵信號第二代碼簿。其中，使用兩個激勵信號來代表語言樣值。第一激勵信號可按上述方法予以選定，第二激勵信號可按類似的方法選定。其中，備選的第二激勵信號重要的是與中間音調矢量和先前選定的第一激勵信號兩者相正交。


圖1示出本發明的方框圖;
圖2示出代表本發明一個特定的矢量圖。
本發明的實施，可應用一種合適的數位訊號處理器例如莫託羅拉公司的DSP 56000系列的器件來組成語言編碼器。這樣的DSP器件實施例的運算功能示於圖1的等效電路中方框圖。
將音調時間參數(101)(它按先有的技術確定出)提供給包含有音調濾波器一部分的一個音調濾波器組(102)。由此得出的合成信號(103)包含有一個中間音調矢量，它加到第一乘法器(104)和兩個正交化處理器(106和107)上。第一乘法器(104)的作用是將該合成信號(103)乘以一個音調濾波器係數(108)，以產生出一個音調濾波器輸出(109)。音調濾波器係數(108)的選取在下面詳述。
第一代碼簿(111)包含有一組基本矢量，它們可以線性組合起來以形成許多合成的激勵信號。根據所用的存貯器的大小和適合於應用的其它因素合成的激勵信號的可能個數例如可在64至2048之間;當應用於特定的用途時，其數目可能較多。在對一個具體的語言樣值編碼時，問題是在這些激勵源中選取哪個才能最佳地代表原語言信息的相應分量。
根據本發明，一旦具體的合成信號(103)確定後，由第一代碼簿(111)組列出的激勵信號將順序地呈現作為備選激勵源。每個備選激勵源首先使之相對於合成信號作正交化(106)。例如參照圖2，如果矢量A認為代表合成信號，矢量B認為代表一個具體的備選激勵源，則備選激勵源信號的正交化將得出由參考字符B′表示的矢量。(應該指出，在實踐中，矢量的空間維數是包含該矢量的樣值數的函數，樣值數可能達到40或更多。還應指出，通過將基本矢量正交化，很容易使備選激勵矢量正交化。這裡，正交化的一些基本矢量彼此間的線性組合，可產生出正交化的激勵矢量。)一旦正交化後，得出的備選激勵源可以與未編碼信號(113)(或者在此基礎上的一個合適的代表性信號)相比較(112)，以確定這兩者之間的相對的類似性或不一致性。然後，對第一代碼簿(111)中的每個激勵源重複進行該處理。於是，可作出判定，哪一個備選激勵源最嚴密地與未編碼信號(113)相一致。
如本領域內所熟知的，在這個具體實施例中，增益係數114也可用來修正每個備選激勵源信號。此外，如果需要，激勵源的選取和增益補償兩者也可以實質上同時實現，這也是本領域內所熟知的。
一旦通過這種處理從第一代碼簿(111)中選定一個合適的激勵源，此後的正交化處理(106)就可免去，並通過合適的控制機械(117)選擇出該準確的激勵源信號(116)。然後，在單一個代碼簿編碼器的情況下，可以選通音調信息(117)，並與所選取的具有音調濾波器係數(108)的激勵源信號相加(118)，而激勵增益(114)優化到使組合的激勵源最嚴密地與未編碼信號(113)相一致。一旦優化後，音調時間參數，音調濾波器係數及具體的激勵源和增益都已知，於是，由此得出的合適的信號可用作為原語言樣值的信號。
如圖1中所示，如果需要，可以再使用一個代碼簿(121)，它也包含有許多個基本矢量，可導得備選激勵源。使用這樣多個代碼簿的方法在本領域中是已知的。然而，根據本發明，一旦如上所述從第一代碼簿(111)中選定激勵源後，使第二代碼簿(121)來的備選激勵源相對於第一代碼簿(111)來的合成信號(103)和選定的激勵源兩者都正交化。然後，選取過程可按上面所述方式繼續進行，將第二代碼薄(121)來的正交的備選激勵源信號與對應的未編碼信號(113)進行比較，以識別出最嚴密的適配。一旦選定這個激勵源，便可如上面所述使音調濾波器係數(108)和激勵增益(114和120)最佳化。
權利要求
1.一種對語言樣值編碼的方法，它包括以下步驟A.對語言樣值確定一個音調時間參數；其特徵在於B.對該語言樣值確定一個與任何音調濾波器係數無關的編碼激勵信號；C.對該語言樣值一個音調一個音調濾波係數。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵還在於，確定編碼激勵信號的步驟包括有提供出多個備選激勵信號。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，確定編碼激勵信號的步驟包括有對多個備選激勵信號進行處理，以提供出處理好的條選激勵信號，這些信號是由與音調濾波器的輸出可代表的信息基本上無關的信息組成的，而音調濾波器的輸出至少部分地是音調時間參數的函數。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵還在於，確定編碼激勵信號的步驟包括有對多個備選激勵信號進行處理，以使多個備選激勵信號相對於音調濾波器輸出成正交，而音調濾波器的輸出至少部分地是音調時間參數的函數。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵還在於，確定編碼激勵信號的步驟包括有以下步驟B1.對一個激勵信號進行處理，以基本上除去至少可由一參考信號部分地代表分量，而該參考信號至少部分地與音調時間參數有關聯;B2.對該語言樣值確定一個合適的激勵信號。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵還在於，處理激勵信號的步驟包括將該激勵信號處理得使之相對於音調濾波器輸出成正交，而音調濾波器的輸出至少部分地是音調時間參數的函數。
7.根據權利要求5所述的方法，其特徵還在於以下步驟C1.對一個備選激勵信號進行處理，以基本上除去至少部分地可由一個參考信號代表的分量，而該參考信號至少部分地與音調時間參數有關聯;另外，合適的激勵信號在步驟C中確定。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵還在於，處理備選激勵信號的步驟包括將該備選激勵信號處理得使之相對於參考信號和步驟C中確定的合適的激勵信號兩者成正交。
9.應用至少兩個包含有備選激勵信號方面信息的代碼薄對信號樣值進行編碼的一種方法，它包括以下步驟A.應用第一代碼薄對信號樣值確定第一激勵信號;其特徵在於B.應用第二代碼薄對該信號樣值確定第二激勵信號，該第二激勵信號是由與第一激勵信號可代表的信息基本上無關的信息組成的;C.應用第一和第二激勵信號來至少部分地代表該信號樣值。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵還在於，該信號樣值包含一個語言樣值。
11.根據權利要求9所述的方法，其特徵還在於，確定第二激勵信號的步驟包括有對備選激勵信號進行處理，以使該備選激勵信號相對於第一激勵信號成正交。
全文摘要
在一個利用矢量激勵的矢量激勵源數字或語言編碼器中，備選激勵源(111、121)認為是與某些音調參數無關的，一旦選定一個具體的激勵源後，可使音調參數唯一地最佳化，從而獲得語言質量的全面改進。
文檔編號G10L19/12GK1048278SQ90103020
公開日1991年1月2日 申請日期1990年6月19日 優先權日1989年6月23日
發明者格森·艾拉·阿倫 申請人:莫託羅拉公司