專(zhuān)利名稱(chēng)：向量量化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于聲音和圖象等信息信號(hào)的編碼的向量量化裝置，特別是涉及有關(guān)CELP方式中的代碼本查找技術(shù)。
在對(duì)電話(huà)頻段的聲音以4Kbps左右的傳輸率進(jìn)行編碼的技術(shù)中，CELP(Cade Excifed Linear Predicfion)方式是一種有效的方式。采用這種CELP方式的處理，與要求根據(jù)被分割為幀單位的輸入語(yǔ)音進(jìn)行聲道模型化的語(yǔ)音合成濾波器的處理，在要求相當(dāng)于這種濾波器的輸入信號(hào)的驅(qū)動(dòng)向量的處理上有很大不同。其中，后者必須將存貯在代碼本中的多個(gè)驅(qū)動(dòng)向量引入每一語(yǔ)音合成濾波器，將輸入語(yǔ)音與所得到的合成聲音進(jìn)行比較，根據(jù)其誤差進(jìn)行由代碼本查找驅(qū)動(dòng)向量被稱(chēng)之為代碼本查找的向量量化，這種處理通常需要多個(gè)計(jì)算量。本發(fā)明就是關(guān)于一種設(shè)置有多個(gè)代碼本的CELP方式中的代碼本查找技術(shù)。
有關(guān)CELP方式，例如在M.R.Schroeder和B.S.Atal的″代碼活化線性予測(cè)(CELP)在很低位速率時(shí)的高質(zhì)量話(huà)音″(Proc，ICASSP，pp.937-940，1985)，TW.S.Kleijin，D.J.Krasinski等的″在CELP中完善話(huà)音質(zhì)量和高效向量量化″(Proc.ICASSP，pp155-158，1988)中進(jìn)行了詳細(xì)描述，圖23對(duì)之有概略說(shuō)明。
圖23中，向語(yǔ)音輸入端960輸入的聲音經(jīng)線性予測(cè)分析單元950分析，求取加權(quán)合成濾波器930的系數(shù)。輸入的語(yǔ)音還被送至聲響加權(quán)單元940，以得到加權(quán)輸入語(yǔ)音。由加權(quán)輸入語(yǔ)音中除去加權(quán)合成濾波器的零狀態(tài)響應(yīng)，就得到目標(biāo)向量980。接著由加權(quán)合成濾波器930將適應(yīng)編碼本911中每一驅(qū)動(dòng)向量加以合成以求取合成語(yǔ)音向量，評(píng)價(jià)單元970查找與目標(biāo)向量980的差(偏差向量)更小的驅(qū)動(dòng)向量，以最佳值作為第一驅(qū)動(dòng)向量。接著考慮第一驅(qū)動(dòng)向量的影響，由噪聲編碼本912同樣地選擇第二驅(qū)動(dòng)向量。最后，在由放大電路921、922對(duì)第一和第二編碼向量分別作最佳放大后，經(jīng)補(bǔ)充混合生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以此驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)適應(yīng)編碼本911進(jìn)行更新，為下一幀作準(zhǔn)備。
在上述流程中，由適應(yīng)代碼本911和噪聲編碼本912查找出偏差向量值更小的驅(qū)動(dòng)向量的處理被稱(chēng)之為代碼本查找。在進(jìn)行這種代碼本查找時(shí)，一般先查找適應(yīng)代碼本911，選擇第一最佳驅(qū)動(dòng)向量x1，然后考慮x1的影響查找噪聲代碼本912，以確定第二驅(qū)動(dòng)向量x2，最后將二向量x1、x2分別放大再加以混合。
日本專(zhuān)利平5-506514中揭示的正交查找，廣泛采用在求得x1的條件下求取最佳x2的方法。具體說(shuō)是，針對(duì)將所給予的x1送入合成濾波器910所得到的合成語(yǔ)音向量x1、將查找中的向量x2引入合成濾波器910所得的合成語(yǔ)音向量x2按式(1)來(lái)求取作正交處理的向量X2v，再求取由此X2v與目標(biāo)向量R所組成的式(2)的評(píng)價(jià)值E為最大時(shí)的向量x2。X2v=X2-(X2,X1)|X1|2X1----(1)]]>E=(R,X2v)2|X2v|2----(2)]]>但是，這一方法因?yàn)樾枰獙?duì)噪聲代碼本912的所有驅(qū)動(dòng)向量作X1正交處理進(jìn)行查找，所以存在著代碼本查找時(shí)要進(jìn)行大量計(jì)算的問(wèn)題。
鑒于上述情況，現(xiàn)有的正交查找是對(duì)由適應(yīng)代碼本所得到的最佳合成聲音向量，將由噪聲代碼本所所得到的合成聲音向量逐個(gè)作正交處理來(lái)進(jìn)行噪聲代碼本的查找，就存在有在進(jìn)行代碼表的查找中所需計(jì)算量很大的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是要提出一種不進(jìn)行代碼向量正交處理，因而能以較之過(guò)去大大減少計(jì)算工作量來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳代碼向量查找的向量量化裝置。
為解決上述課題，有關(guān)第一發(fā)明的向量量化裝置的特征在于設(shè)置有取得殘差向量的手段；由代碼向量的集合中選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；獲得將由上述手段所選擇的代碼向量與構(gòu)成第一基本向量集合的基本向量合并的向量伸展空間的基本向量作為第二基本向量集合的手段；由前述代碼向量集合查找前述殘差向量投影在前述第二基本向量集合的伸展空間上的映射向量的大小較大的代碼向量組的查找手段；和將指定由此查找手段查找得的代碼向量組的信息輸出的手段。
有關(guān)第二發(fā)明的向量量化裝置的特征在于設(shè)置有取得殘差向量的手段，由代碼向量集合中選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；根據(jù)由該手段選擇的代碼向量與前述殘差向量的內(nèi)積值的大小由前述代碼向量集合查找評(píng)價(jià)值較大的代碼向量組的查找手段；和將指定該查找手段所查找得的代碼向量組的信息輸出的手段。
有關(guān)第三發(fā)明的向量量化裝置的特征在于設(shè)置有取得殘差向量的手段；由代碼向量集合中選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；根據(jù)對(duì)由該手段所選擇的代碼向量和前述殘差向量的內(nèi)積值的大小以基于前述代碼向量的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)的值由前述代碼向量集合查找評(píng)價(jià)值較大的代碼向量組的查找手段；和將指定由該查找手段查找到的代碼向量組的信息輸出的手段。
有關(guān)第四發(fā)明的向量量化裝置的特征在于設(shè)置有取得殘差向量的手段；由代碼向量集合中選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；采用第二發(fā)明或第三發(fā)明中的查找手段從前述代碼向量集合中選擇多組代碼向量作為備用選擇候補(bǔ)的備用選擇手段；由前述備用選擇候補(bǔ)中利用第一發(fā)明中的查找手段選擇至少一組代碼向量作為最佳代碼向量組的基本選擇手段；和輸出指定前述最佳代碼向量組的信息的手段。
有關(guān)第五發(fā)明的向量量化裝置的特征在于設(shè)置有取得殘差向量的手段；由代碼向量集合中選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；采用第二或第三發(fā)明中的查找手段由前述代碼向量集合選擇多組代碼向量作為備用選擇候補(bǔ)的備用選擇手段；由前述備用選擇候補(bǔ)中選擇前述備用選擇手段中用的內(nèi)積值的大小，按在前述第二基本向量集合的伸展平面中作正交處理的代碼向量的大小分割的值較大的代碼向量作為最佳向量組的基本選擇手段；和輸出指定前述最佳向量組的信息的手段。
有關(guān)第六發(fā)明的向量量化裝置的特征在于裝置有取得接近目標(biāo)向量的近似向量的手段；利用前述目標(biāo)向量與前述近似向量求得殘差向量的手段；查找對(duì)于前述近似向量和多個(gè)代碼向量集合的伸展空間的前述殘差向量的映射向量的大小較大的代碼向量的查找手段；和輸出指定該查找手段所查找到的代碼向量的信息的手段。
有關(guān)第七發(fā)明的向量量化裝置的特征在于設(shè)置有取得接近目標(biāo)向量的近似向量的手段；利用前述目標(biāo)向量與前述近似向量取得殘差向量的手段；查找代碼向量與前述殘差向量的內(nèi)積值的大小較大的代碼向量的查找手段；和輸出指定該查找手段查找到的代碼向量的信息的手段。
有關(guān)第八發(fā)明的向量量化裝置的特征在于設(shè)置有取得接近目標(biāo)向量的近似向量的手段；利用前述目標(biāo)向量與前述近似向量求取殘差向量的手段；查找將代碼向量與前述殘差向量的內(nèi)積值的大小以基于前述代碼向量的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)所得的值較大的代碼向量的查找手段；和輸出指定由該查找手段所查找到的代碼向量的信息的手段。
有關(guān)第九發(fā)明的向量量化裝置的特征在于設(shè)置有選擇由第七發(fā)明或第八發(fā)明中的查找手段得到的多個(gè)代碼向量作為備用選擇候補(bǔ)的備用選擇手段；由前述備用選擇候補(bǔ)中利用第六發(fā)明中的查找手段選擇至少一組代碼向量作為最佳代碼向量的候補(bǔ)的基本選擇手段；和輸出指定前述最佳代碼向量的候補(bǔ)的信息的手段。
在第一至第九發(fā)明中，前述查找手段亦可作成輸入以規(guī)定的加權(quán)系數(shù)加權(quán)的代碼向量。
而在第二、三、七、八發(fā)明中，對(duì)前述內(nèi)積值亦可由前述代碼向量和前述殘差向量作逆卷積運(yùn)算的向量的內(nèi)積來(lái)求取。
在第一發(fā)明中，當(dāng)查找代碼向量組時(shí)，首先取得代碼向量組與第一基本向量合并的向量伸展的空間，求取在該空間映射殘差向量的映射向量的大小作為評(píng)價(jià)值，查找該評(píng)價(jià)值較大的代碼向量組作為最佳代碼向量組。依靠這樣的查找，由于查找中無(wú)須對(duì)代碼向量組作正交處理，因而能以比現(xiàn)有的正交查找要少的計(jì)算工作量進(jìn)行查找。
在第二發(fā)明中，求取代碼向量與殘差向量的內(nèi)積值的大小作為評(píng)價(jià)值，查找該評(píng)價(jià)值較大的代碼向量組作為最佳代碼向量組，而在第三發(fā)明中則求取代碼向量與殘差向量的內(nèi)積值的大小以基于代碼向量的大小的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)的值作為評(píng)價(jià)值，查找該評(píng)價(jià)值較大的代碼向量組作為最佳代碼向量組，因而可能以更少的計(jì)算量進(jìn)行查找。
在第四、五發(fā)明中，作為第一至第三發(fā)明的組合，能以較少的計(jì)算求取更高精度的查找結(jié)果作為最佳代碼向量。
在第六發(fā)明中，在得到接近目標(biāo)向量的近似向量后查找代碼向量時(shí)，求取目標(biāo)向量與近似向量的殘差向量映射于近似向量和代碼向量的伸展空間上的映射向量，將此映射向量的大小作為評(píng)價(jià)值，查找此評(píng)價(jià)值較大的代碼向量作為最佳代碼向量。這種情況，由于查找中無(wú)需對(duì)代碼向量作正交處理，所以比同樣的正交查找法能以較少的計(jì)算量進(jìn)行查找。
在第七發(fā)明中，查找與殘差向量的內(nèi)積值的大小較大的前述向量，而在第八發(fā)明中則查找與殘差向量的內(nèi)積值以基于代碼的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)的值較大的代碼向量作為最佳代碼向量。在此第七、第八發(fā)明中因?yàn)槭遣檎覍⒌诹l(fā)明中表達(dá)評(píng)價(jià)值的分?jǐn)?shù)式的分子的值或分子以代碼向量進(jìn)行加權(quán)的值較大的代碼向量，所以能以更少的計(jì)算量進(jìn)行查找。
第九發(fā)明中，作為第六至第八發(fā)明的組合，所以能以較少的計(jì)算量求取精度更高的查找結(jié)果作為最佳代碼向量。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說(shuō)明。


圖1是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例1的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例2的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖3是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例3的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖4是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例4的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖5是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例5的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖6是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例6的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖7是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例7的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖8是說(shuō)明映射向量的圖形；圖9是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例8的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖10是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例9的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖11是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例10的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖12是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例11的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖13是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例12的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖14是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例13的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖15是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例15的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖16是用于實(shí)施例1中作逆卷積運(yùn)算的圖形；圖17是用于實(shí)施例3中作逆卷積運(yùn)算的圖形；圖18是說(shuō)明取得第二殘差向量的結(jié)構(gòu)的圖形；
圖19是說(shuō)明取得第二殘差向量的另一結(jié)構(gòu)的圖形；圖20是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例15的向量量化裝置的變形結(jié)構(gòu)的方框圖；圖21是說(shuō)明有關(guān)實(shí)施例16的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；圖22是說(shuō)明圖21中的查找方框結(jié)構(gòu)的示例圖；圖23是CELP編碼方式的示意圖；圖24是說(shuō)明實(shí)施例1中最佳代碼向量的查找步驟的流程圖；圖25是說(shuō)明實(shí)施例2中最佳代碼向量的查找步驟的流程圖。
圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明111-代碼本1 112-代碼本N120-加權(quán)單元130-第一查找單元140-殘差向量計(jì)算單元170-第二查找單元171-查找結(jié)果172-評(píng)價(jià)單元173-映射向量計(jì)算單元174-內(nèi)積值計(jì)算單元175-加權(quán)系數(shù)計(jì)算單元176-加權(quán)單元180-目標(biāo)向量輸入端 211-適應(yīng)代碼本212-噪聲代碼本 221，222-放大電路230-加權(quán)合成濾波器 240-音響加權(quán)單元250-線性予測(cè)分析單元260-語(yǔ)音輸入端270-逆卷積運(yùn)算單元 370a備用選擇單元370b-基本選擇單元 371-備用選擇候補(bǔ)372a-評(píng)價(jià)單元 372b-評(píng)價(jià)單元1001～1003-輸入端 1010-代碼本1020-組合單元 1030-加權(quán)單元
1040-殘差向量計(jì)算單元1050-基本向量生成單元1070-查找單元1071-映射向量計(jì)算單元1072-評(píng)價(jià)單元1073-內(nèi)積值計(jì)算單元1074-加權(quán)單元1075-加權(quán)系數(shù)計(jì)算單元1370a-查找單元(備用選擇) 1070b-查找單元(基本選擇)1380-備用選擇信息1401～1403-輸入端1410-音響加權(quán)單元1421～1423-查找方框1430-線性予測(cè)分析單元1501～1502-輸入端1571-映射向量計(jì)算單元1630-逆卷積運(yùn)算單元1910-近似向量計(jì)算單元2111～2113-代碼本2130-加權(quán)合成濾波器 2121～2123-選擇單元2201-代碼向量輸入端2202-經(jīng)加權(quán)的代碼向量輸入端實(shí)施例1圖1示出了實(shí)施例1的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。該向量量化裝置由代碼本1010、組合單元1020、加權(quán)單元1030、殘差向量計(jì)算單元1040、基本向量生成單元1050和查找單元1070構(gòu)成，而查找單元1070則由映射向量計(jì)算單元1071和評(píng)價(jià)單元1072構(gòu)成。
在殘差向量計(jì)算單元1040中求取成為查找的目標(biāo)向量的殘差向量R(k)。在本實(shí)施例中，作為示例是由前級(jí)的殘差向量和前級(jí)所輸出的基本向量的集合中求取殘差向量R(k)的結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，殘差向量計(jì)算單元1040利用端點(diǎn)1001所輸入的前級(jí)的殘差向量R(k-1)和端點(diǎn)1002所輸入的第一基本向量的集合B(k-1)，由R(k-1)中減去其映射在B(k-1)的伸展空間上的映射向量，來(lái)求出作為目標(biāo)向量的殘差向量R(k)。
在組合單元1020中由代碼本1010選擇的M個(gè)代碼向量，在加權(quán)單元1030中經(jīng)加權(quán)成為代碼向量X(k1)，X(k2)，……，X(kM)，被輸入至基本向量生成單元1050。在基本向量生成單元1050中求取由代碼向量X(k1)，X(k2)，……，X(kM)與構(gòu)成由端點(diǎn)1002輸入的第一基本向量集合的基本向量相合并的向量伸展空間，計(jì)算出其基本向量并作為第二基本向量集合B(k)輸出。
這樣求得的殘差向量R(k)與第二基本向量的集合B(k)被輸入至查找單元1070中的映射向量計(jì)算單元1071，在此計(jì)算出B(k)伸展空間上映射R(k)所得到的第二映射向量P(k)的大小，將其值輸入至評(píng)價(jià)單元1072。
在評(píng)價(jià)單元1072中，由對(duì)組合單元1020的控制來(lái)查找映射向量計(jì)算單元1071輸入的值，亦即第二映射向量P(k)的大小成為較大值的M個(gè)代碼向量的組合作為最佳代碼向量，并將指定此最佳代碼向量的信息(指針)作為查找結(jié)果輸出。
但是，在本實(shí)施例所示的由一個(gè)代碼本1010查找M個(gè)代碼向量的結(jié)構(gòu)只不過(guò)是代碼本構(gòu)成方法中的一個(gè)示例，如同后面所述實(shí)施例七那樣由N個(gè)代碼本分別選擇一個(gè)代碼向量的方法則是另一個(gè)示例。通常，最好考慮由代碼向量集合選擇代碼向量，例如在代碼本中設(shè)置少量的基本向量，由對(duì)這些基本向量作簡(jiǎn)單計(jì)算(例如線性結(jié)合等)來(lái)構(gòu)成的事實(shí)上包含多個(gè)代碼向量的代碼本的例子等，也包括在這種考慮方法之中。實(shí)際上由于計(jì)算量等的限制，因而很多情況均為M＝1。這在以下的實(shí)施例中也是同樣的。
可以舉出在語(yǔ)音編碼等中所使用的加權(quán)合成向量作為加權(quán)單元1030的例子。另外，當(dāng)設(shè)加權(quán)單元1030的加權(quán)系數(shù)為1時(shí)，實(shí)際上也就可以構(gòu)成設(shè)有加權(quán)的結(jié)構(gòu)。亦即，也可以省略加權(quán)單元1030。這在以下的實(shí)施例中也是同樣的。
在基本向量生成單元1050中，由第一基本向量集合B(k-1)與代碼向量X(k-1)、X(k2)、……X(kM)產(chǎn)生第二基本向量集合B(k)。這一B(k)的生成方法雖然可考慮各種不同方法，但最簡(jiǎn)單的一個(gè)例子是直接求和方法。也就是，在B(k-1)由m個(gè)基本向量B1(k-1)、b2(k-1)、……bm(k-1)構(gòu)成的情況下，B(k)＝{b1(k-1)，b2(k-1)，…，bm(k-1)，X(k1)，X(k2)，…，X(kM)}其它的方法有遞歸地采用殘差向量的映射向量構(gòu)成B(k)的方法。
在查找單元1070中，查找作為輸入值的第二映射向量P(k)的大小較大的代碼向量組。通常雖然一次選擇最佳組合，但由于在CELP編碼中利用近年常采用的延遲停機(jī)等，也有多次選擇最佳值的情況。這對(duì)以下的實(shí)施例也是同樣的。
下面利用圖24所示的流程圖來(lái)說(shuō)明本實(shí)施例中的編碼向量查找過(guò)程。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，查找的代碼向量為1個(gè)(代碼向量組由一個(gè)代碼向量組成)，結(jié)束條件為代碼本1010全部查找的情況，映射向量的大小限定為向量的長(zhǎng)的二次方的情況。
步驟S11，進(jìn)行初始化設(shè)置i＝1，imax＝1，|Pmax(k)|2＝0。imax表示作為指定最佳代碼向量的信息的索引，|Pmax(k)|2表示映射向量的大小的最大值。
步驟S12，計(jì)算殘差向量R(k)。
步驟S13，計(jì)算經(jīng)加權(quán)的代碼向量Xi(k)。
步驟S14，產(chǎn)生基本向量Bi(k)。
步驟S15，計(jì)算映射向量的大小|Pi(k)|2。
步驟S16，判定步驟S15中算出的|Pi(k)|2與先前算出的映射向量的大小的最大值|Pmax(k)|2的大小關(guān)系。
步驟17，如果步驟S16的判定結(jié)果為|Pmax(k)|2＜|Pi(k)|2，則將|Pi(k)|2更新為新的|Pmax(k)|2，同時(shí)將此時(shí)的i作成下標(biāo)imax。
步驟18，在步驟S17的處理之后，或在步驟S16的判定結(jié)果為|Pmax(k)|2＞|Pi(k)|2時(shí)，將i加1。
步驟S19，檢驗(yàn)i是否達(dá)到設(shè)定值N。直到i＝N時(shí)為止，重復(fù)進(jìn)行由步驟S13至S18的處理，i＝N時(shí)結(jié)束處理程序。
這樣，在本實(shí)施例中，由于利用殘差向量來(lái)查找最佳代碼向量，無(wú)需像現(xiàn)有的正交化查找方法那樣在查找循環(huán)中對(duì)代碼向量作正交處理，從而能以很少的計(jì)算量進(jìn)行查找。
實(shí)施例2圖2示出了第2實(shí)施例的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，查找單元1070的結(jié)構(gòu)與圖1中所示的實(shí)施例1不同。亦即，與實(shí)施例1中在查找部1070求取第二映射向量P(k)的大小相對(duì)的是，在本實(shí)施例的查找單元1070中，用內(nèi)積值計(jì)算單元1073求取殘差向量R(k)與由加權(quán)單元1030所加權(quán)的代碼向量X(k)的內(nèi)積值的大小，并將此值送至評(píng)價(jià)單元1072。
在評(píng)價(jià)單元1072中，按照基于該內(nèi)積值的評(píng)價(jià)方法查找最佳代碼向量。作為基于內(nèi)積值的評(píng)價(jià)方法的例子可以是(1)在代碼向量組由一個(gè)向量構(gòu)成的情況下內(nèi)積值的大小較大；(2)在代碼向量組由多組構(gòu)成的情況下內(nèi)積值之和的大小較大。
圖25是為說(shuō)明本實(shí)施例中的代碼向量查找處理過(guò)程的流程圖。其中與圖24作同樣的限定，采用內(nèi)積值的二次方作為基于內(nèi)積值大小的評(píng)價(jià)值。
步驟S21，進(jìn)行初始化，設(shè)定i＝1，imax＝1，Emax＝0。imax表示作為指定最佳向量的信息的下標(biāo)，Emax表示內(nèi)積值的大小的最大值。
步驟S22，計(jì)算殘差R(k)。
步驟S23，計(jì)算出對(duì)殘差向量作逆卷積運(yùn)算的向量R＇(k)。
步驟S24，計(jì)算內(nèi)積值的大小E＝(xi(k)，R＇(k))2。
步驟S25，判定步驟S24計(jì)算出的內(nèi)積值的大小E與先前計(jì)算出的內(nèi)積值大小的最大值Emax之間的大小關(guān)系。
步驟S26，如果步驟S25的判定結(jié)果為Emax＜E，則將E更新為新的Emax，同時(shí)將此時(shí)的i作成下標(biāo)imacx。
步驟S27，在步驟S26的處理之后，或在步驟S25的判定結(jié)果為Emax的判定結(jié)果為Emax＞E的情況時(shí)，增加i。
步驟S28，檢驗(yàn)是否達(dá)到設(shè)定值N。在i＝N之前重復(fù)進(jìn)行步驟S24至S27的處理，當(dāng)i＝N時(shí)，結(jié)束處理程序。
在下面的實(shí)施例中，因?yàn)橛蓤D24和圖25的適宜組合，修正的流程圖表示代碼向量查找的處理順序，所以省略流程圖。
本實(shí)施例中查找單元1070的內(nèi)積值的計(jì)算，雖然在實(shí)施例1中為映射向量計(jì)算的近似計(jì)算，但具有計(jì)算量大幅度減少的優(yōu)點(diǎn)。例如，采用現(xiàn)有的正交查找來(lái)進(jìn)行同樣的工作，就存在著在求內(nèi)積值之前對(duì)代碼向量作正交處理的必要，因而增加這部分的計(jì)算量。與此相反，本實(shí)施例中由于不必作正交處理，所以能以較現(xiàn)有的方法要少得多的計(jì)算量來(lái)進(jìn)行代碼向量查找。
而在采用多級(jí)向量量化裝置進(jìn)行多級(jí)量化的情況下，在第k級(jí)查找時(shí)必須對(duì)直至第k-1級(jí)的查找中所求得的全部代碼向量作正交處理并計(jì)算內(nèi)積值。與此相反，本實(shí)施例如求得殘差向量，因?yàn)閮?nèi)積值的計(jì)算與查找級(jí)數(shù)無(wú)關(guān)而保持一定，所以級(jí)數(shù)越多較之現(xiàn)有方法減少計(jì)算量的效果就越大。本實(shí)施例中所得到的查找結(jié)果與現(xiàn)有方法的結(jié)果相同(其理由在下述的實(shí)施例7中敘述)。
實(shí)施例3圖3示出了第3實(shí)施例的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的查找單元1070中，其內(nèi)積值計(jì)算單元1073與評(píng)價(jià)單元1072之間插入有加權(quán)單元1074，以由加權(quán)系數(shù)計(jì)算單元1075根據(jù)代碼向量求得的加權(quán)系數(shù)對(duì)由內(nèi)積值計(jì)算單元1073求得的內(nèi)積值的大小作加權(quán)處理，以基于此經(jīng)加權(quán)的內(nèi)積值的評(píng)價(jià)方法查找最佳代碼向量。評(píng)價(jià)單元1072中的評(píng)價(jià)方法也可與實(shí)施例2中說(shuō)明的方法相同。
按照本實(shí)施例，雖然因?yàn)閷?duì)內(nèi)積值的大小作加權(quán)處理而使計(jì)算量有所增加，但提高了查找精度。因此，隨著無(wú)須進(jìn)行現(xiàn)有方法中那樣的正交處理，而能以很少的計(jì)算量進(jìn)行精度高的查找。
實(shí)施例4圖4示出了第4實(shí)施例的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的查找單元為由備用選擇單元1370a與基本選擇單元1370b組成的二級(jí)結(jié)構(gòu)。備用選擇單元1370a采用可能的查找方法以盡可能少的計(jì)算量進(jìn)行代碼向量查找，選擇數(shù)個(gè)代碼向量作為備用選擇候補(bǔ)。在此例中，備用選擇單元1370a與圖3中所示的實(shí)施例3中的查找單元1070相同，由評(píng)價(jià)單元1072，內(nèi)積值計(jì)算單元1073、加權(quán)單元1074和加權(quán)系數(shù)計(jì)算單元1075構(gòu)成，但也可以是與圖2中所示的實(shí)施例2的查找單元1070相同的結(jié)構(gòu)。
備用選擇單元1370a所選擇的備用選擇候補(bǔ)信息1380被傳送給基本選擇單元1370b?；具x擇單元1370b以針對(duì)備用選擇候補(bǔ)的高精度查找方法，例如和實(shí)施例1所示查找單元1370相同的結(jié)構(gòu)，由備用選擇候補(bǔ)中選擇一個(gè)或多個(gè)代碼向量作為最佳代碼向量，并輸出作為查找結(jié)果的作為指定最佳代碼向量的信息的指針。
本實(shí)施例為兼?zhèn)鋵?shí)施例1和3的優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，具有能以很少的計(jì)算量選擇更好的代碼向量的候補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)，亦即，備用選擇單元1370a因?yàn)椴贿M(jìn)行正交處理來(lái)計(jì)算內(nèi)積值，因而能大大減少計(jì)算量，而基本選擇單元1370b依靠計(jì)算完整的評(píng)價(jià)狀態(tài)而能使代碼向量的查找精度得以提高。
而且可以將查找單元作成三級(jí)以上的結(jié)構(gòu)，例如也可以將備用選擇單元設(shè)置成二級(jí)，對(duì)第一級(jí)備用選擇單元中所選擇的候補(bǔ)在第二級(jí)備用選擇單元中作進(jìn)一步縮小候補(bǔ)，再對(duì)第二級(jí)備用選擇單元所選擇的候補(bǔ)進(jìn)行基本選擇。
實(shí)施例5圖5示出了實(shí)施例5的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例改變了圖4所示實(shí)施例4的基本選擇單元1370b的結(jié)構(gòu)。亦即，本實(shí)施例中的基本選擇單元1370b，在正交化向量計(jì)算單元1076中求取將經(jīng)加權(quán)單元1030加權(quán)的代碼向量在第一基本向量伸展空間上作正交處理的向量。而在評(píng)價(jià)單元1072b中，則由將經(jīng)過(guò)加權(quán)的代碼向量按此作正交化的向量的大小進(jìn)行分割，對(duì)由備用選擇單元1370a所得的選擇備用候補(bǔ)加以評(píng)價(jià)，以選擇最佳代碼向量。
實(shí)施例6圖6示出了采用按照本發(fā)明的向量量化裝置的向量編碼/譯碼裝置的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。編碼裝置3000對(duì)輸入的目標(biāo)向量R進(jìn)行多級(jí)(M級(jí))向量量化。M級(jí)量化裝置3001～3003中至少一級(jí)采用上述實(shí)施例1～5中的任一個(gè)向量量化裝置進(jìn)行量化。用于指定量化裝置3001～3003各自查找得的最佳代碼向量的指針，和由增益計(jì)算單元3004所得的增益信息被傳送至譯碼裝置4000。
在譯碼裝置4000中，按照由編碼裝置3000所傳送的指針，由M級(jí)譯碼裝置4001～4003對(duì)代碼向量進(jìn)行譯碼，根據(jù)這些值以及增益信號(hào)由合成單元4004取得目標(biāo)向量的量化值。
像這樣將實(shí)施例1～5用于多級(jí)向量量化裝置，除了能實(shí)現(xiàn)減少計(jì)算量的效果之外，由于是遞歸地處理，所以不管由軟件還是硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)這種處理，均能容易地實(shí)現(xiàn)處理過(guò)程。
實(shí)施例7
圖7示出了實(shí)施例7的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。此向量量化裝置由代碼本111～112、加權(quán)單元120、第一查找單元130、殘差向量計(jì)算單元140和第二查找單元170構(gòu)成。而第二查找單元170則由評(píng)價(jià)單元172和映射向量計(jì)算單元173組成。
第一查找單元130輸出接近于輸入端180所輸入的目標(biāo)向量的向量(以下稱(chēng)近似向量)X1。殘差向量計(jì)算單元140計(jì)算近似向量X1與目標(biāo)向量R的殘差向量Rv。此殘差向量Rv被輸入到映射向量計(jì)算單元173。另一方面，分別由代碼本111～112逐個(gè)選出的代碼向量x2～xN經(jīng)加權(quán)單元120加權(quán)，被作為經(jīng)加權(quán)的向量組X2～XN輸入至映射向量計(jì)算單元173。
在映射向量計(jì)算單元173中，計(jì)算殘差向量Rv相對(duì)近似向量X1與向量組X2～XN的伸展空間的映射量的大小。評(píng)價(jià)單元172由代碼本111～112中查找該映射向量Rv較大的代碼向量，并輸出指定該代碼向量的信息作為查找結(jié)果171。而作為查找結(jié)果的表示代碼向量自身的代碼，也可以是間接地指定這些例如行距周期等的信息。
下面利用圖8對(duì)按照本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)求取最佳代碼向量的理由作幾何上的說(shuō)明。近似向量X1與向量組X2～XN的線性結(jié)合最接近目標(biāo)向量R的情況是，在目標(biāo)向量R對(duì)X1～XN伸展空間的映射向量作為Rp時(shí)，使得偏離向量的大小|R-Rp|為最小。如以近似向量接近目標(biāo)向量時(shí)的殘差向量作為Rv和其映射向量作為Rvp，則|R-Rp|＝|Rv-Rvp|要使得|R-Rp|成為最小，即與使得|Rv-Rvp|成為最小一樣。
這里，Rvp為映射向量，由Rv、Rvp作成的三角形為直角三角形，因此，按三平方定理得出|Rv|2＝|Rvp|2+|Rv-Rvp|2在進(jìn)行查找時(shí)，因近似向量X1與目標(biāo)向量R為固定向量，所以相當(dāng)于直角三角形的斜邊的殘差向量Rv也是固定的。因而，使|Rv-Rvp|成為最小，就看作是與使殘差向量Rv的映射向量的大小|Rvp|成為最大是等效的。
現(xiàn)對(duì)以上所述用算式來(lái)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。殘差向量Rv如式(3)所示Rv=R-(R,X1)|X1|2X1----(3)]]>這里，Rvp為X1～XN所伸展平面上的向量，所表示為Rvp＝a1*X1+a2*X2+……+aN*XN (4)系數(shù)a1～aN由使得|Rv-Rvp|為最小來(lái)確定。其確定方法的細(xì)節(jié)在日本專(zhuān)利申請(qǐng)平6-96655中予以介紹。將其代入|Rv-Rvp|2式中整理后得|Rv-Rvp|2＝|Rv|2-|Rvp|2(5)|Rv|2為固定數(shù)，為使映射向量的長(zhǎng)Rvp2為最大，即成為相當(dāng)于使誤差|Rv-Rvp|為最小。
這里，式(3)中第二項(xiàng)X1的系數(shù)(R，X1)/|X1|2即成為X1接近R時(shí)的最佳增益。在編碼等情況中對(duì)此最佳增益進(jìn)行量化或求取以最佳增益為依據(jù)的值時(shí)，也可能由此值來(lái)求取殘差向量Rv來(lái)代替最佳增益(R，X1)/|X1|2。
對(duì)于經(jīng)加權(quán)的向量組為一個(gè)時(shí)的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果如下。在將Rv的映射向量Rvp作為Rvp＝a1*X1+a2*X2 (6)時(shí)，此映射向量Rvp的長(zhǎng)|Rvp|2按照日本專(zhuān)利申請(qǐng)平6-96655所述的方法，為|Rvp|2＝{|X1|2*(Rv，X2)2-2*(Rv，X1)(X1，X2)(X2，Rv)+|X2|2*(Rv，X1)}/D…(7)其中D＝|X1|2*|X2|2-(X1，X2)2(8)這里，如計(jì)算式(3)和X1的內(nèi)積值，因?yàn)?X1，Rv)＝0，所以式(7)的第二項(xiàng)、第三項(xiàng)成為0，得出|Rvp|2＝{|X1|2*(Rv，X2)2}/D(9)因?yàn)閄1為固定值，所以最后，如下式所知，查找使評(píng)價(jià)值E為最小的X2即可。
E＝{(Rv，X2)2}/D(10)這里，對(duì)于經(jīng)加權(quán)的向量組為一組的情況，雖然現(xiàn)有的方法廣泛采用了正交查找法(平5-506514)，而按本實(shí)施例則得到與之相同的結(jié)果。其理由是，在如式(11)那樣利用式(1)將正交查找的式(2)展開(kāi)并作變形時(shí)，即成為與本實(shí)施例的式(9)相等。而且由式(11)的第三行至第4行的分子變形即用到式(3)的關(guān)系。E=(R,X2v)2|X2v|2X1]]>={(R,X2)-(R,X1)(X1,X2)/|X1|2}2|X2-{(X2,X1)/|X1|2}X1|2]]>=(R-[(R,X1)/|X1|2]X1,X2)2|X2|2-(X2,X1)2/|X1|2]]>=|X1|2·(Rv,X2)2D…(11)]]>在現(xiàn)有的正交查找中，在查找回路內(nèi)求取促使候補(bǔ)向量X2正交化的X2v來(lái)進(jìn)行查找，與此相對(duì)的是在本實(shí)施例中，在查找回路外求取促使目標(biāo)向量R正交化的Rv時(shí)，能夠考慮在查找回路內(nèi)不對(duì)候補(bǔ)向量X2作正交處理進(jìn)行查找。從而，因在查找回路內(nèi)不進(jìn)行正交處理，因而與現(xiàn)有的正交查找相比，具有大大減少計(jì)算量并可獲得完全相同結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例8圖9示出了實(shí)施例8的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例涉及高效率近似計(jì)算評(píng)價(jià)值的方法，本實(shí)施例的第二查找單元170的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例7不同。亦即，在本實(shí)施例中不是像實(shí)施例7那樣求取映射向量的大小，而是由內(nèi)積值計(jì)算單元174求出殘差向量與目標(biāo)向量I經(jīng)加權(quán)的代碼向量)的內(nèi)積值大小，再由評(píng)價(jià)單元172求取其內(nèi)積值較大的代碼向量。僅利用內(nèi)積值的大小，在假定式(10)的分母為恒定值時(shí)，就只要計(jì)算分子。雖然這是近似計(jì)算，常常不能求得最佳代碼向量，但卻具有能以比實(shí)施例7更少的計(jì)算量來(lái)求取最佳候補(bǔ)值的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例9圖10示出了實(shí)施例9的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例涉及實(shí)施例8中的近似計(jì)算的精度提高的方法。由加權(quán)系數(shù)計(jì)算單元175求取基于代碼向量的加權(quán)系數(shù)，將此加權(quán)系數(shù)在加權(quán)單元176中與內(nèi)積值計(jì)算單元174求得的內(nèi)積值的大小相乘所得的值作為評(píng)價(jià)值。作為加權(quán)系數(shù)的具體例子，例如可以采用代碼向量的乘方的倒數(shù)。
按照本實(shí)施例，與實(shí)施例8相比雖然稍稍增加了計(jì)算量，但卻具有提高近似精度的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于精度提高的依據(jù)以及其它加權(quán)系數(shù)的例子在日本專(zhuān)利申請(qǐng)平6-65265中有所介紹。
實(shí)施例10圖11示出了實(shí)施例10的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例給出了具有適應(yīng)代碼本211和噪聲代碼本212的CELP編碼方式中的代碼本查找單元的處理。如已介紹的那樣，通常由適應(yīng)代碼本211選擇最佳代碼向量，然后再進(jìn)行噪聲代碼本212的查找。本實(shí)施例即為在此噪聲代碼本212查找中應(yīng)用本發(fā)明的示例。
在圖11中，加到輸入端260的輸入語(yǔ)音在音響加權(quán)單元240中作音響加權(quán)，去除前面幀的影響就成為目標(biāo)向量R。之后，根據(jù)此目標(biāo)向量由適應(yīng)代碼本211查找生成接近的合成語(yǔ)音向量的代碼向量，將此代碼向量作為x1，通過(guò)加權(quán)合成濾波器230得到合成語(yǔ)音向量作為X1。在殘差向量計(jì)算單元140中，按式(12)由合成語(yǔ)音向量X1和目標(biāo)向量R求取殘差向量Rv。Rv=R-(R,X1)|X1|2X1…(12)]]>
在映射向量計(jì)算單元173，輸出作為映射向量大小的E＝{(Rv，X2)2}/D (13)其中D＝|X1|2*|X2|2-(X1，X2)2(14)X2為將噪聲代碼本212的候補(bǔ)x2，通過(guò)加權(quán)合成濾波器230得到的合成語(yǔ)音向量。
在評(píng)價(jià)單元172中，由噪聲代碼本212查找出使E值較大的x2，輸出查找結(jié)果171。
在本實(shí)施例中，因?yàn)槟繕?biāo)向量和適應(yīng)代碼本211的代碼向量是在查找前確定的，開(kāi)始查找前僅作一次殘差向量Rv的計(jì)算，在噪聲代碼本212的查找中照原樣使用X2，而可能以計(jì)算式(13)來(lái)進(jìn)行查找，所以與對(duì)X2作正交處理進(jìn)行查找的正交查找法相比，具有減少計(jì)算量的優(yōu)點(diǎn)。
由放大電路221、222所給出的增益值，通常在求得代碼向量后決定，所以在查找中也可以作為1。
而且，代碼本的種類(lèi)也不限于適應(yīng)代碼本和噪聲代碼本，還考慮二個(gè)噪聲代碼本的組合等。這樣，本發(fā)明所描述的內(nèi)容能適用于不依賴(lài)于代碼本的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和個(gè)數(shù)。這在以下的實(shí)施例中也是同樣的。
實(shí)施例11圖12示出了實(shí)施例11的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，與實(shí)施例10同樣地求得的殘差向量，經(jīng)過(guò)逆卷積運(yùn)算單元260而成為Rv′。在內(nèi)積值計(jì)算單元174中，將Rv′和噪聲代碼本212的代碼和量x2的內(nèi)積的二次方值E＝(Rv′，x2)2(15)作為評(píng)價(jià)值輸出，評(píng)價(jià)單元172由噪聲代碼本212查找出E較大的代碼向量，作為查找結(jié)果輸出。E的值等于按式(16)的關(guān)系得到的式(13)的分子的值t t(Rv，X2)＝Rv ·HX2＝RvH·X2＝(R′v，X2)(16)其中，H為加權(quán)合成濾波器的脈沖響應(yīng)矩陣。RvH的計(jì)算稱(chēng)之為逆卷積運(yùn)算，由將向量Rv項(xiàng)作逆序排列，并將加權(quán)合成濾波器進(jìn)行卷積所得的結(jié)果再作逆序排列改變來(lái)實(shí)現(xiàn)。依靠在查找開(kāi)始前對(duì)Rv作逆卷積處理，就不必再由加權(quán)合成濾波器在查找中對(duì)x2作卷積處理，因而能使計(jì)算量減少。
本實(shí)施例中，如將式(13)的分母看作不變地進(jìn)行近似的評(píng)價(jià)計(jì)算，由于采用逆卷積運(yùn)算就具有較之實(shí)施例4能進(jìn)一步減少計(jì)算量的優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)槭墙朴?jì)算，在通常要查找最佳候補(bǔ)時(shí)，很多場(chǎng)合下要采用下述的實(shí)施例13所述的那樣作為備用選擇手段。而逆卷積計(jì)算也可能是實(shí)施例10中的分子計(jì)算中所用的過(guò)程。
實(shí)施例12圖13示出了實(shí)施例12的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例為提高近似的精度，對(duì)與實(shí)施例11同樣地求得內(nèi)積值的大小，例如以由加權(quán)系數(shù)計(jì)算單元175求得的代碼向量x2的乘方的倒數(shù)作為加權(quán)系數(shù)在加權(quán)單元176加權(quán)得到的值
E＝(Rv′，x2)2/|x2|2(17)以此作為評(píng)價(jià)值，進(jìn)行噪聲代碼本412的查找。這一方法雖然比實(shí)施例5增加若干計(jì)算量，但具有提高近似計(jì)算的精度的優(yōu)點(diǎn)。其依據(jù)以及其它加權(quán)系數(shù)的例子，在日本專(zhuān)利申請(qǐng)平6-65265中已有披露。
實(shí)施例13圖14示出了實(shí)施例13的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例以實(shí)施例6的查找單元作備用選擇單元370a、實(shí)施例10的查找單元作基本選擇單元370b來(lái)構(gòu)成。在實(shí)施例的評(píng)價(jià)公式中，分母的計(jì)算，特別是|X2|2的計(jì)算比較昂貴。這是因?yàn)閄2有必要在查找循環(huán)內(nèi)利用合成濾波器時(shí)對(duì)x2作卷積運(yùn)算，而|X2|2的計(jì)算不使用逆卷積運(yùn)算。
因此在本實(shí)施例中由備用選擇單元370a的近似計(jì)算選擇數(shù)個(gè)使評(píng)價(jià)式較大的x2，將其指針和備用選擇中的評(píng)價(jià)式的分子的值作為備用選擇候補(bǔ)371送至基本選擇單元370b。在基本選擇單元370b中，對(duì)送來(lái)的備用選擇候補(bǔ)計(jì)算分母值，構(gòu)成基本選擇的評(píng)價(jià)式，查找使之較大的候補(bǔ)，將表明最佳候補(bǔ)x2的信息作為查找結(jié)果171輸出。
本實(shí)施例為有效利用實(shí)施例12和10的優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，具有以少量計(jì)算選擇更佳候補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)。而作為備用選擇單元，除實(shí)施例12之外，也可利用實(shí)施例11及其它的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例14
對(duì)于本實(shí)施例，在與圖11中所示的實(shí)施例10中的噪聲代碼本212具有VSELP結(jié)構(gòu)的情況下，根據(jù)本發(fā)明可不改變性能而降低計(jì)算量。歷來(lái)，在將各基本向量經(jīng)加權(quán)合成濾波器作卷積得到的合成語(yǔ)音向量對(duì)適應(yīng)代碼本的候補(bǔ)X1進(jìn)行正交處理后，遞歸地對(duì)相當(dāng)于式(2)的評(píng)價(jià)式進(jìn)行計(jì)算，以決定基本向量的代碼。
與此相反，本發(fā)明中不對(duì)基本向量的響應(yīng)作正交處理，以求取對(duì)目標(biāo)向量作正交處理的殘差向量Rv，由遞歸地對(duì)相當(dāng)于式(10)的評(píng)價(jià)式進(jìn)行計(jì)算，因而具有以少量計(jì)算決定基本向量的代碼的優(yōu)點(diǎn)。而且，如利用實(shí)施例13中所述的備用選擇與基本選擇相結(jié)合，就具有以更少的計(jì)算量求得基本為最佳代碼的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例15圖15示出了實(shí)施例15的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例為將本發(fā)明應(yīng)用于CELP語(yǔ)音編碼方式的情況，對(duì)輸入語(yǔ)音在音響加權(quán)單元中作加權(quán)得到的目標(biāo)向量R(0)進(jìn)行多級(jí)向量量化。在第一級(jí)查找塊1421中，作為初始化值，例如分別將P(0)給予零向量，B(0)給予空集合。這些初始化值是概念上的，也有時(shí)不加以明示。由端子1401輸入的輸入語(yǔ)音經(jīng)音響加權(quán)單元1410處理，成為殘差向量的初始化值R(0)。經(jīng)線性予測(cè)分析單元1430分析過(guò)的參數(shù)被送至各查找塊1421～1423的加權(quán)單元1030，構(gòu)成加權(quán)合成濾波器。這些查找塊1421～1423，由上述說(shuō)明中的實(shí)施例1～14中的任一個(gè)的向量量化裝置構(gòu)成。
而在已談過(guò)的CELP語(yǔ)音編碼方式中，依靠采用逆卷積運(yùn)算能相當(dāng)程度地減少加權(quán)合成濾波器中的計(jì)算量。雖然作為舉例如在圖16和17中所示在實(shí)施例1、3中采用逆卷積運(yùn)算的情況，但如作成設(shè)置加權(quán)合成濾波器的方式，在除實(shí)施例1、3外的實(shí)施例作同樣的處理也能降低計(jì)算量。
逆卷積運(yùn)算單元1630本身的結(jié)構(gòu)大體上與加權(quán)合成濾波器相同，不同點(diǎn)在于將輸入向量的順序倒轉(zhuǎn)后進(jìn)行濾波，并將所得到的向量再次倒轉(zhuǎn)輸出的向量作為等價(jià)的向量輸出。在采用逆卷積運(yùn)算的情況中，查找單元塊1421～1423所輸入的線性予測(cè)分析單元的參數(shù)被送至逆卷積運(yùn)算單元1630。
在求取殘差向量方面，除到目前所述的方法外，還有求取目標(biāo)向量與其近似向量之差的方法?，F(xiàn)對(duì)這一方法加以說(shuō)明。
圖18示出了求取第二殘差向量的部分的圖示，圖19則為圖18的另一圖示。亦即，取第一殘差向量與其映射向量的差，等于取目標(biāo)向量R(0)與其映射向量Q(k-1)的差。利用表明作二級(jí)查找的例子的圖8對(duì)其理由已作了直觀的說(shuō)明。圖8的虛線部分R-Rp為目標(biāo)向量與其映射向量之差，而殘差向量與其映射向量的差為Rv-Rvp，兩者成為同一向量是十分明顯的。
如將這一事實(shí)適用于本實(shí)施例中，就可能得到圖20所示的結(jié)構(gòu)。其中，查找塊中所包含的圖18的結(jié)構(gòu)的部分替換為圖19中所示的結(jié)構(gòu)，輸入?yún)⒖技醋兂蔀槟繕?biāo)向量R(0)和近似向量Q(k)。這在本質(zhì)上與圖15的結(jié)構(gòu)相同，也可以有其它的結(jié)構(gòu)方法。這并不限于CELP語(yǔ)音編碼方式，多級(jí)向量量化一般也是同樣的。
實(shí)施例16圖21所示為實(shí)施例16的向量量化裝置的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例為CELP語(yǔ)音編碼方式中最易使用的結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例。也就是，相當(dāng)于加權(quán)單元的加權(quán)合成濾波器2130在一系列查找中是共同的，由多個(gè)代碼本2111～2113的每一個(gè)中在各查找塊1421～1423中逐個(gè)地查找一代碼向量。
圖22所示為本實(shí)施例的查找塊的結(jié)構(gòu)示例。采用逆卷積運(yùn)算與備用選擇法能有效地減少計(jì)算量。這一實(shí)施例除外加代碼本和加權(quán)濾波器和查找的代碼向量的數(shù)量為1之外，實(shí)質(zhì)上與實(shí)施例2相同。采用同樣的變更，其它的實(shí)施例也適用于本實(shí)施例的查找塊。而在不采用逆卷積運(yùn)算的情況下，亦可不將代碼向量輸入到直接查找塊。
如上所述那樣，按照本發(fā)明利用殘差向量進(jìn)行最佳代碼向量的查找，由于在查找循環(huán)內(nèi)無(wú)需對(duì)代碼向量作正交處理，因而能以比現(xiàn)有的正交查找法少的計(jì)算量查找最佳代碼向量，特別是在多級(jí)化的向量量化裝置中計(jì)算量減少的效果更大。
權(quán)利要求
1.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有取得殘差向量的手段；由代碼向量的集合選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；取得與構(gòu)成由該手段所選擇的代碼向量和第一基本向量的集合的基本向量相合并的向量的伸展空間的基本向量作為第二基本向量的集合的手段；由所述代碼向量的集合查找所述殘差向量在所述第二基本向量的集合的伸展空間映射得的映射向量的大小較大的代碼向量組的查找手段；和輸出指定由該查找手段所查找得的向量組的信息的手段。
2.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有取得殘差向量的手段；由代碼向量的集合選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；由所述代碼向量的集合查找基于該手段所選擇的代碼向量與所述殘差向量的內(nèi)積值的大小的評(píng)價(jià)值較大的代碼向量的查找手段；和輸出指定由該查找手段查找得的代碼向量組的信息的手段。
3.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有求取殘差向量的手段；由代碼向量集合選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；由所述代碼向量的集合查找根據(jù)以基于所述代碼向量的加權(quán)系數(shù)對(duì)由該手段所選擇的代碼向量與所述殘差向量的內(nèi)積值的大小作加權(quán)所得的值進(jìn)行評(píng)價(jià)的較大值的代碼向量組的查找手段；和輸出指定該查找手段查找得的向量組的信息的手段。
4.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有求取殘差向量的手段；由代碼向量的集合選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；利用權(quán)利要求2或3中所述的查找手段由所述代碼向量的集合選擇多組代碼作為備用選擇候補(bǔ)的備用選擇手段；由所述備用選擇候補(bǔ)中利用權(quán)利要求1所述的查找手段選擇至少一組代碼向量作為最佳代碼向量的基本選擇手段；和輸出指定所述最佳代碼向量組的信息的手段。
5.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有求取殘差向量的手段；由代碼向量的集合選擇至少一個(gè)代碼向量的手段；采用權(quán)利要求2或3所述的查找手段由所述代碼向量集合選擇多組代碼向量作為備用選擇候補(bǔ)的備用選擇手段；由所述后備選擇候補(bǔ)選擇使所述備用選擇手段中所用的內(nèi)積值的大小以所述第一基本向量的集合所伸展的平面上作正交化的代碼向量的大小分割的值較大的代碼向量作為最佳代碼向量組的基本選擇手段；和輸出指定所述最佳代碼向量組的信息的手段。
6.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有求取接近目標(biāo)向量的近似向量的手段；利用所述目標(biāo)向量與所述近似向量求取殘差向量的手段；查找所述殘差手段對(duì)所述近似向量與代碼向量的集合的伸展空間的映射向量的大小較大的代碼向量的查找手段；和輸出指定由該查找手段查找得的代碼向量的信息的手段。
7.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有求取接近目標(biāo)向量與所述近似向量求取殘差向量的手段；利用所述目標(biāo)向量與所述近似向量求取殘差向量的手段；查找代碼向量與所述殘差向量的內(nèi)積值的大小較大的代碼向量的查找手段；和輸出指定由該查找手段查找得的代碼向量的信息的手段。
8.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有求取接近目標(biāo)向量的近似向量的手段；利用所述目標(biāo)向量與所述近似向量取得殘差向量的手段；查找將代碼向量與所述殘差向量的內(nèi)積值的大小以基于所述代碼向量的加權(quán)系數(shù)加權(quán)所得值較大的代碼向量的查找手段；和輸出指定由該查找手段查找得的代碼向量的信息的手段。
9.一種向量量化裝置，其特征是設(shè)置有以權(quán)利要求7或8所述查找手段選擇多個(gè)代碼向量作為備用選擇候補(bǔ)的備用選擇手段；由所述備用選擇候補(bǔ)利用權(quán)利要求6所述的查找手段選擇至少一組代碼向量作為最佳代碼向量候補(bǔ)的選擇手段；和輸出指定所述最佳代碼向量候補(bǔ)的信息的手段。
10.如權(quán)利要求2，3，7，8中任一項(xiàng)所述向量量化裝置，其特征是，以所述代碼向量與將所述殘差向量作逆卷積運(yùn)算所得的向量的內(nèi)積值來(lái)求取所述內(nèi)積值。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種向量量化裝置，能減少主要用于語(yǔ)音偏碼方式的代碼本查找等的向量量化中的計(jì)算量，以較少的計(jì)算量查找最佳向量。其中具有求得接近目標(biāo)向量R的近似向量X1的第一查找單元130；由目標(biāo)向量R與近似向量X1求取殘差向量Rυ的殘差向量計(jì)算單元140；求得將向量x2～xN加權(quán)后的向量組X2～XN的加權(quán)單元120；和以殘差向量Rυ對(duì)近似向量X1與經(jīng)加權(quán)的向量組X2～XN的伸展空間的映射向量的大小作評(píng)價(jià)值、查找該評(píng)價(jià)值較大的代碼向量的第二查找單元170。
文檔編號(hào)G10L19/00GK1120268SQ9510715
公開(kāi)日1996年4月10日 申請(qǐng)日期1995年5月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月27日
發(fā)明者天田皇, 三關(guān)公生, 赤嶺政已, 押切正浩 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝