參數編碼中的信號分量的連接的製作方法

2023-06-26 02:57:56 1

專利名稱：參數編碼中的信號分量的連接的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1的前序部分中所述的連接單元。該連接單元用於產生連接信息，該信息指示連續(通常疊加)擴展部分sp和sc的分量，將它們連接到一起以形成一正弦曲線，該部分sp和sc近似於正弦音頻或語音信號的連續部分。本發明還涉及一如權利要求8所述的前序部分的參數編碼器，以及如權利要求9前序部分所述的用於產生所述連接信息的方法。
背景技術：
在現有技術中，基本有兩種不同的方法可以提供用於建立連續部分的正弦曲線的連接信息L。第一種方法如WO00/79519(PHN017502EP.P)中所述，根據包括前面或當前部分得到的幅度、頻率和相位信息的正弦輸入數據，對原始音頻或語音信號的泛音信號進行重組。重組的泛音信號與原始的音頻或語音信號進行比較。加權的均方錯誤信號建議作為選擇相關連接的準則，即產生連接信息L的標準。
第一種方法不僅考慮到幅度和頻率信息，以得到最好的連接連續部分，而且考慮到前面和當前部分的分量的相位信息。但是，第一種方法的缺點是它的計算量太大，以及需要原始信號才能產生連接信息。
根據現有技術中的第二種方法，產生連接信息只需要考慮當前和前面部分的正弦編碼數據的幅度和頻率信息，而不需相位信息。現在參照圖5說明所述的第二種方法。
圖5示出權利要求1所述的連接單元500。它包括一計算單元520，用於產生對應接收到的正弦編碼數據Dp』、Dc』的相似矩陣S(m，n)。所述正弦編碼數據包括擴展的前面部分sp的M個分量xm(m＝1...M)和擴展的當前部分sc的N個分量yn(n＝1-N)的幅度和頻率信息。相似矩陣S(m，n)表示所述擴展的前面部分sp的第m個分量xm和所述擴展的當前分量sc的第n個分量之間的相似度，其中m＝1..M、n＝1...N。所述相似矩陣S(m，n)被輸入到估計單元，該單元對所述相似矩陣進行估計，通過選擇那些相似度最大的分量m\n對從而產生所述連接信息L。
因此，連接信息L指示那些連續的擴展部分的分量對，當在存儲和傳輸後再次存儲音頻或語音信號時，這些部分可連接到一起，從而使其連續部分或分量之間的過渡變得儘量平滑。平滑的過渡提高了再次存儲的信號的質量。
以下，即使各單獨的分量有很小的變化，如幅度或頻率變化，連續部分的連接的分量也稱之為正弦軌跡。
第二種方法的申請已經被B.Edler，H.Ferekidis在1996年5月11-14日copenhagen、Preprint4179(F-6)100thAES Convention中的「對小位率的ASAC分析/綜和編碼」中說明。
在該文章中，作者假設頻率和幅度中的相對距離的複數作為產生連接信息的附加標準。換句話說，連接信息指示是否和前面和當前的部分中的那個分量將作為屬於同一正弦縫隙的局部估計。根據第二種方法，可不考慮原始音頻和語音信號就產生連接信息；但是，由於第二種方法是只根據估計的正弦編碼數據產生連接信息，因此產生的連接信息可能是錯誤的，且所提供的曲線也可能是不正確的。
發明概要從所述第二種方法開始，本發明的目的是改進現有的連接單元，提供用於產生連接信息的參數編碼器和方法，從而使便於連接到一起的連續部分的分量的選擇得以改進，產生正確的正弦曲線。
該目的可通過權利要求1的方案實現。根據權利要求1的特徵部分，擴展的正弦編碼數據應當不僅包括幅度和頻率信息，而且包括M個分量xm中的至少一些和N個分量yn的至少一些的相位的信息。另外，連接單元的計算單元可通過考慮擴展的前面部分sp的第m個分量xm和當前部分sc的第n個分量yn之間的相位一致性，來計算相似度矩陣S(m，n)。
另外，所提的連接單元只使用了估計的包括相位信息的正弦編碼數據，用於產生連接信息。通過另外考慮相位信息，不考慮原始的音頻和語音信號，就可以實現與第二種方法相比更精確的相似度矩陣的判斷和更可靠的連接信息的判斷。
根據第一實施例，計算單元包括第一圖案產生單元，用於產生所述的擴展的前面部分sp的M個複數分量xm(t)；第二圖案產生單元，用於產生擴展的當前部分sc的N個複數分量yn(t)。根據本發明，為了評價前面和當前部分的各分量之間的相位一致性，需要對這些複數和時基的分量進行精確計算。
另外，計算模塊可計算相似度矩陣S(m，n)，產生的第一相似度S1(m，n)表示m和n分量之間的形狀相似度，第二相似度矩陣S2(m，n)表示幅度相似度。另外，本連接單元實施例的優點也在從屬權利要求4-7中說明。
本發明的目的還可通過權利要求8的參數編碼器和權利要求9的用於產生連接信息的方法而實現。參數編碼器和方法的優點基本上對應於上述對連接單元所述的優點。
附圖簡介說明書中有五幅附圖，圖1示出本發明的連接單元；圖2示出圖1的連接單元中的計算單元；圖3示出兩個連續部分的兩個分量之間的相似度；圖4示出本發明的參數編碼器；圖5示出現有技術中的連接單元。
實施描述在參照


本發明最佳實施例之前，現提供一些關於信號部分的正弦模型的背景信息。
在正弦模型中，該模型通常具有這樣的形式(或可改寫如下) 其中，seg為接近或模擬正弦信號的一部分的部分。在這些模型中，部分seg由等式(1)的右半部分給出的式子表示，其中R表示一復變數的實數部分uk表示部分seg的K個正弦或類似正弦的部分分量。
特別是，對一完全的第一正弦模型(擴展)，部分的分量為uk(t)=Akej(Kt+)----(1)]]>其中Ak、ωk和uk(實數值)分別表示幅度、頻率和相位，j=-1.]]>根據第二模型，該部分的分量被定義為uk(t)=Ake(k+jk)t+jk----(2)]]>其中，Ak、ωk和μk用在完全的正弦模型中，並增加了一附加的參數σk。σk為一實數參數，它捕捉部分中的幅度變化。
一第三個更為詳細的模型基於多項式，uk(t)={m=0Mbk,mtm}exp{jn=0Nk,ntn}----(3)]]>={m=0MBk,mtm}exp{jn=0Nk,ntn}]]>具有實數參數bk、m和k、n或復變數幅度Bk,m=bk,mejk,0.]]>最後根據第四個模型，部分的分量被定義為uk(t)=m=0MCk,mtmexp{n=0Nk,ntn}----(4)]]>具有實數參數θk，n和復變數參數Ck，m。
如果考慮兩個連續信號部分sp和sc(分別為前面和當前部分)，然後通常在它們的支撐處具有一重疊。下文中，前面部分中的uk由xm(m＝1...M)表示，當前部分中的uk由yn(n＝1...N)表示。為了建立有利的連接(以編碼方式)最好xm(t)和yn(t)只有在重疊區域相似時，才考慮sp的分量m和sc的分量n之間的連接。
下面將參照圖1-4說明本發明的實施例。
圖1示出本發明的一連接單元100。它包括一用於產生相似度矩陣S(m，n)的計算單元120和一用於產生連接信息L的估計單元140。計算單元120的操作基本上對應於計算單元520的操作，估計單元140的操作基本上對應於估計單元540的操作，520和540都在參照圖5的背景技術中進行說明。但是，本發明的連接單元100和現有技術的連接單元500之間仍然存在不同。
計算單元120不僅接收前面的幅度和頻率形式的正弦編碼數據，而且接收還包括關於前面部分sc的所有分量xm和當前部分sc的各N個分量yn的相位的擴展的正弦編碼數據。
因此，計算單元120不僅要考慮幅度和頻率數據，而且要考慮擴展的前面部分sp的第m個分量xm和擴展的當前部分sc的第n個分量yn之間的相位一致性，才能計算相似度矩陣S(m，n)，其中m＝1...M，n＝1...N。估計單元140接收並估計所述計算單元120輸出的相似度矩陣S(m，n)，從而通過選擇那些相似度較高的分量對(m，n)，產生所述的連接信息。
圖2示出本發明計算單元。可以看到，計算單元120包括一第一圖形產生單元122，該單元用於根據前面部分的擴展的正弦編碼數據(Dp)產生所述的擴展的前面部分sp的M個分量xm(t)，m＝1...M。另外，計算單元120包括一第二圖案產生單元124，用於根據當前部分擴展的正弦編碼數據(Dc)，產生所述的擴展的當前部分sc的N個分量yn(t)，n＝1...N。最後，計算單元120包括一計算模塊126，用於根據前述的相似度標準的所述接收的M個分量xm(t)和接收的N個分量yn(t)，計算相似度矩陣S(m，n)。
分量xm(t)和yn(t)被產生並輸入到計算模塊126，從而確定兩個分量m和n之間的相位一致性，利用該相位一致性信息計算相似度矩陣。
下面說明的本發明的兩個實施例是用於執行相似度矩陣S(m，n)的計算。這兩個實施例相同之處在於相似度矩陣最好但不是必需通過表示兩個分量m和n的形狀之間相似度的第一相似度矩陣S1(m，n)和表示所述分量m和n的幅度之間相似度的第二相似度矩陣S2(m，n)相乘來計算。然後，相似度矩陣根據下面公式來計算
S(m，n)＝S1(m，n)S2(m，n)，(5)S(m，n)＝0意味著沒有連接，S(m，n)越大，正弦編碼方案中就越可能出現連接。
計算相似度矩陣S的第一實施例是基於對一完全重疊區域中的前面和當前的部分的相似度的考慮進行的。所述第一實施例的目的是識別相似的前面和當前部分的分量。這可通過相關方法實現。因此，根據第一實施例，相關係數ρm，n被定義為m,n=tw(t)xm(t)yn*(t)ExmEyn----(6)]]>其中xm(m＝[1，M])表示前面部分Sp的一組分量Xm，yn(n＝[1，N])表示當前部分Sc的一組分量yn。另外，w(t)表示窗口函數，Exm表示信號Xm中的能量Exm=tw(t)xm(t)xm*(t)----(7a)]]>類似的，Eyn表示分量yn中的能量Eyn=tw(t)yn(t)yn*(t)----(7b)]]>因此，ρm，n為一複數，對應一連接，近似於1。因此，第一相似度矩陣S1(m，n)通過下式，作為一(部分)相似度標準
其中1＜D1＜1。
另外，幅度中的等值(或者，特別是能量中)可通過下式，考慮進來Rm,n=min{ExmEyn,EynExm}.----(9)]]>一連接的增益R應當近似於1(相對於ρm，n，Rm，n為一實值)S2(m，n)作為相似度標準被定義為 其中1＜D2＜1。
如果前面部分sp由M個分量表示，當前分量sc由N個分量表示，第一矩陣S1和第二矩陣S2以及整個相似度矩陣S都為M×N矩陣。如果出現連接，則確定所述矩陣S的元素，如果這樣，它們是最佳的部分。這些部分為那些相似度值最高的部分。在計算單元140中計算相似度矩陣S(m，n)。
用於計算相似度矩陣S的本發明第二實施例為第一實施例的簡化。特別的，並不是考慮連續部分之間的全部重疊區域，而是所述區域的中間點。在該點，下文中表示為t0，為xm(t0)≈yn(t0) (11)在第二實施例中，在t0的附近，分量彼此相配。如果分量中的進度(大步的)(幾乎)相同，則可實現。最好根據下面公式，通過兩個連續部分Sp和Sc的分量的比率來進行估計xm(t0+1)xm(t0)yn(t0+1)yn(t0)----(12)]]>為了選擇連接，第一(部分)相似度矩陣現在被定義為 其中0＜D3＜1這裡，幅度相似度以相對的方式被包括。這符合心理聲學相關性和距離標準。
第一部分相似度矩陣S2被定義為 其中0＜D4＜1用於計算整個相似度矩陣S的第二實施例與第一實施例不同之處在於分量Xm和Yn只需要以特定距離產生，即t0和t0+1。
圖3示出本發明連接單元的操作。其中前面部分Sp的分量xm(t)至少與連續的當前部分Sc的分量yn(t)在重疊區域OR部分重疊。計算單元120和特別是計算模塊126用於分析重疊區域兩個分量之間的相似度。如果兩個分量至少在圖3所示的重疊區域中相同，則，相似度矩陣S(m，n)中的對應元素應被設為1或至少近似於1。幅度、頻率和相位相似度可被識別，和由估計單元140估計，結果是所述圖1中的估計單元140產生的連接信息可指示兩個分量當前估計屬於同一正弦軌跡。
圖4示出本發明的參數編碼器400。所述編碼器用於將音頻和/或語音信號編碼為包括正弦編碼數據和連接信息的數據流ds。編碼器400包括一分割單元410，用於將所述信號s分割為至少一個前面部分sp』和一連續的當前部分sc』。編碼器400還包括一正弦估計單元420，用於產生所述正弦編碼數據，該數據的形式為近似於所述部分sp』的擴展的前面部分sp的M個分量xm(m＝1...M)和近似於所述部分sc』的擴展的當前部分sc的N個分量yn(n＝1...N)的頻率、幅度和相位數據。所述從正弦估計單元420輸出正弦編碼數據被輸入如參照圖1所述的、用於產生連接信息L的連接單元100。所述連接信息被輸入一安排單元430，用於通過近似的安排或合成，例如從正弦估計單元420輸出的正弦編碼數據和連接信息相成，產生數據流。該安排單元430最好為一乘法器。
對真正的音頻信號，考慮相位信息將提高編碼的原料的質量。但是，在編碼器400中，相位信息只有當搜索到軌跡參數的連續才被使用。如果前一幀的數據的頻率不具有一向後延續(即，不是一軌跡，而是在與當前幀數據連接後，變為軌跡的開始)然後，使用相位信息，但只根據頻率和幅度數據執行前面連接程序。原因是在軌跡的開始處，相位通常並沒有很好的限定。這意味著為了轉向的目的，前一部分sp的連接信息被輸入到圖3中的計算模塊126中。
除了察看複數值xm和ym之間的(相對)差別外，也可察看實數和虛數部分或幅度和相位，並將它們用於構造相似度標準。優點是除了兩個控制上述給出的相似度標準的參數外，每一變量的一個或多個參數也被接收。因此，以實數參數而不是複數參數形式表達，通常具有兩倍參數。如，將複數信號分為幅度和相位具有使相位的相似度標準更容易進行頻率擴展的優點。
需要注意的是，上述實施例並不局限本發明，本領於技術人員可以在不脫離權利要求範圍的情況下設計多種變化的實施例。在權利要求中，所有的括號中的附圖標記只是用於解釋權利要求。』包括』並不排除其它預設的部件或步驟。本發明可通過包括多個獨立元件的硬體裝置和正確編程的計算機實現。在列舉了多種裝置的產品權利要求中，這些裝置中的一些可通過硬體的一個和相同的部分實現。在多個從屬權利要求中所述的特定標準並不指這些標準的合併不能更好的使用。
權利要求
1.連接單元(100)，用於產生指示兩個連續擴展部分sp和sc的分量的連接信息L，該兩個部分彼此部分重疊，並能夠彼此連接以形成一正弦軌跡，部分sp和sc近似於一正弦音頻或語音信號s的連續部分，該連接單元包括一計算單元(120)，用於根據接收到的正弦編碼數據產生一相似度矩陣S(m，n)，該正弦編碼數據包括擴展的前面部分sp的M個分量xm，其中m＝1...M，和擴展的當前部分sc的N個分量，其中n＝1...N，的幅度和頻率的信息，其中所述相似度矩陣的值表示所述擴展的前面部分sp的第m個分量xm和所述擴展的當前部分sc的第n個分量yn之間的相似度，其中，m＝1...M，n＝1...N；一估計單元(140)，用於接收和估計所述相似度矩陣S(m，n)，從而通過選擇至少在重疊部分範圍相似度最大的分量對(m，n)，產生所述連接信息L，其特徵在於正弦編碼數據(Dp，Dc)通過還包括關於M個分量xm的至少一些和N個分量yn的至少一些的相位的信息，得以擴；計算單元(120)用於通過另外估計所述擴展的前面部分sp的第m個分量xm和所述擴展的當前部分sc的第n個分量yn之間的相位一致性，計算相似度矩陣S(m，n)。
2.如權利要求1所述的連接單元，其特徵在於計算單元包括一第一圖形產生單元(122)，用於根據前面部分的擴展的正弦編碼數據(Dp)，產生所述擴展的前面部分sp的M個分量xm(t)，m＝1...M；一第二圖案產生單元(124)，用於根據當前部分的擴展的正弦編碼數據(Dp)，產生所述擴展的當前部分sc的N個分量yn(t)，n＝1...N；一計算模塊(126)。用於根據利用前面相似度標準得到的所述接收的M分量xm(t)和接收的N個分量yn(t)，計算相似度矩陣S(m，n)。
3.如權利要求2所述的連接單元，特徵在於計算模塊(126)用於計算整個相似度矩陣S(m，n)，根據S(m，n)＝S1(m，n)S2(m，n)其中第一相似度矩陣S1(m，n)表示形狀的相似度，第二相似度矩陣S2(m，n)表示分量m和n之間的幅度或能量的相似度。
4.如權利要求3所述的連接單元，特徵在於相似度S1(m，n)被定義為 式中0＜D1＜1和其中m,n=tw(t)xm(t)yn*(t)ExmEyn]]>其中ρm，n為作為交叉相關的係數的相似度標準，該係數表示分量xm(t)和yn(t)之間的形狀的相似度w(t)為窗口函數y*m(t)為ym(t)的複數共厄分量；Exm為信號xm中的能量，Exm=tw(t)xm(t)xm*(t);]]>Eyn為信號yn中的能量，Eyn=tw(t)yn(t)yn*(t).]]>
5.如權利要求4所述的連接單元，特徵在於第二相似度矩陣S2(m，n)被定義為 式中0＜D2＜1其中Rm,n=min{ExmEyn,EynExm}.]]>
6.如權利要求3所述的連接單元，特徵在於計算模塊(126)用於根據下式計算第一相似度矩陣S1(m，n) 式中0＜D3＜1。
7.如權利要求6所述的連接單元，特徵在於計算模塊(126)用於根據下式計算第二相似度矩陣S2(m，n) 式中0＜D4＜1。
8.參數編碼器(400)，用於將音頻和/或語音信號編碼為包括正弦編碼數據和連接信息L的數據流，該編碼器400包括一分割單元(410)，用於將所述信號s分割為至少一個前面部分sp』和一連續的當前部分sc』；一正弦估計單元(420)，用於產生所述正弦編碼數據，該數據的形式為近似於所述部分sp』的擴展的前面部分sp的M個分量xm(m＝1...M)和近似於所述部分sc』的擴展的當前部分sc的N個分量yn(n＝1...N)的頻率、幅度和相位數據；一計算單元(120)，用於根據接收到的正弦編碼數據產生一相似度矩陣S(m，n)，其中所述相似度矩陣的值表示所述擴展的前面部分sp的第m個分量xm和所述擴展的當前部分sc的第n個分量yn之間的相似度，其中，m＝1...M，n＝1...N；一估計單元(140)，用於接收和估計所述相似度矩陣S(m，n)，從而產生所述指示相似度最大的分量對m，n的連接信息L；一安排單元(430)，用於通過近似的安排所述幅度、頻率和連接信息，產生表示原始音頻或語音信號的數據流；其特徵在於正弦編碼數據估計單元(420)用於還產生一關於M個分量xm的至少一些和N個分量yn的至少一些的相位的信息；和計算單元(120)用於通過另外考慮擴展的前面部分sp的第m個分量xm和擴展的當前部分sc的第n個分量yn之間的相位一致性，計算相似度矩陣S(m，n)。
9.用於產生連接信息L的方法，該信息指示連續的部分重疊的附加部分sp和sc的分量，這兩個部分應該連接在一起形成一正弦軌跡，部分sp和sc近似正弦音頻或語音信號s的連續部分，該方法包括以下步驟提供正弦編碼數據，該數據包括關於擴展的前面部分sp的M個分量，m＝1...M和擴展的當前部分sc的N個分量yn，＝1...N，的幅度和頻率信息；根據特定的相似度標準計算相似度矩陣S(m，n)，其中相似度矩陣表示所述擴展的前面部分sp的第m個分量xm和所述擴展的當前部分sc的第n個分量yn之間的相似度，其中，m＝1...M，n＝1...N；估計所述相似度矩陣S(m，n)，從而通過選擇相似度最大的分量對m，n，產生所述連接信息L；其特徵在於提供正弦編碼數據的步驟還包括提供關於M個分量xm的至少一些和N個分量yn的至少一些的相位的信息；和通過另外考慮所述擴展的前面部分sp的第n個分量yn和所述擴展的當前部分sc的第m個分量xm之間的相位一致性，計算相似度矩陣S(m，n)。
全文摘要
一種連接單元(100)，參數編碼器(400)和產生連接信息L的方法，該信息指示應當連接在一起形成正弦軌跡的連續的擴展的部分sp和sc的分量。該連接單元包括一計算單元(120)，用於根據接收到的正弦編碼數據產生一相似度矩陣S(m，n)，一估計單元(140)，用於接收和估計所述相似度矩陣S(m，n)，從而通過選擇相似度最大的分量對m，n，產生所述連接信息。根據本發明，計算單元(120)用於通過另外估計所述擴展的前面部分sp和所述擴展的當前部分sc的分量之間的相位一致性，計算相似度矩陣S。這樣，可連接在一起的分量的選擇就被提高，從而可以正確的定義軌跡。
文檔編號G10L19/02GK1418362SQ01806626
公開日2003年5月14日 申請日期2001年12月20日 優先權日2001年1月16日
發明者A·C·登布林克, A·W·J·奧門, F·M·J·德幫特, E·G·P·舒伊耶爾斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司