專利名稱：代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器和譯碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照代碼激勵(lì)線性預(yù)測(CELP)編碼方式的編碼器和譯碼器，例如，可以適用于具有所謂的留守錄音功能的電話機(jī)。
在具有留守錄音功能的電話機(jī)中，以往，多數(shù)是使用盒式磁帶作為記錄呼叫者或被呼叫者的信息的記錄媒體。
但是，當(dāng)作為記錄媒體使用盒式磁帶時(shí)，信息的記錄再生結(jié)構(gòu)將占據(jù)很多空間，另外，當(dāng)有多個(gè)信息時(shí)，存在找到想聽的信息的開頭需要一定的時(shí)間以及信息單位的消去是困難的等問題。
因此，作為信息的記錄媒體已提出了使用半導(dǎo)體存儲器(IC存儲器)的方案。這樣，在使用IC存儲器作為信息記錄媒體時(shí)，若想能夠用盡可能簡單的結(jié)構(gòu)記錄很多信息，最好使用將聲音信號壓縮后進(jìn)行記錄、再生時(shí)進(jìn)行擴(kuò)展的壓縮編碼方式。
如所周知，作為對聲音信號的高效率壓縮編碼方式，有代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼方式。代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼方式是為了聲音信號的狹義的傳送而提出的，是以很少的傳送量在譯碼一側(cè)能夠再生盡可能忠實(shí)于輸入聲音信號的聲音信號。
但是，在具有留守錄音功能的電話機(jī)中，作為信息的記錄再生用的壓縮編碼方式，使用現(xiàn)有的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼方式時(shí)，不能滿足與留守錄音功能相關(guān)聯(lián)的各種要求。
因此，對于迄今代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼方式不適用的具有留守錄音功能的電話機(jī)等裝置，為了能夠適用而在尋求合適的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器和譯碼器。
為了解決上述問題，在第1個(gè)本發(fā)明中，使用以下各部分構(gòu)成代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器。
即，由(1)聲道信息生成器、(2)聲音功率量化器、(3)自適應(yīng)碼表、(4)噪音碼表、(5)脈沖碼表、(6)固定激勵(lì)信號選擇器、(7)頻率特性操作器、(8)增益碼表、(9)加法器、(10)最佳激勵(lì)信號搜索器和(11)編碼聲音信號形成器構(gòu)成。聲道信息生成器根據(jù)原聲音信號或局部再生的合成聲音信號得到LPC系數(shù)、將其變換為LSP系數(shù)后進(jìn)行量化，同時(shí)將該量化的LSP系數(shù)進(jìn)行反量化，恢復(fù)為LPC系數(shù)；聲音功率量化器計(jì)算原聲音信號的功率、并進(jìn)行量化和反量化處理；自適應(yīng)碼表自適應(yīng)地輸出更新的自適應(yīng)激勵(lì)信號；噪音碼表輸出噪音性激勵(lì)信號；脈沖碼表輸出脈沖性激勵(lì)信號；固定激勵(lì)信號選擇器選擇噪音碼表和脈沖碼表的激勵(lì)信號；頻率特性操作器將固定激勵(lì)信號選擇器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號變換為具有與原聲音信號相似的頻率特性；增益碼表輸出與從自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號和從頻率特性操作器輸出的噪音激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號對應(yīng)的、由聲音功率量化器輸出的反量化功率決定的激勵(lì)增益；加法器將進(jìn)行了增益控制的從自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號和從頻率特性操作器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號進(jìn)行加法運(yùn)算，形成最終的激勵(lì)信號；最佳激勵(lì)信號搜索器根據(jù)從聲道信息生成器輸出的LPC系數(shù)和加法器輸出的最終的激勵(lì)信號，確定使用從自適應(yīng)碼表、噪音碼表、脈沖碼表和增益碼表輸出的最佳激勵(lì)信號還是使用噪音碼表和脈沖碼表中的哪一個(gè)碼表的輸出激勵(lì)信號；編碼信號形成器在確定了最佳激勵(lì)信號時(shí)，根據(jù)各種碼表的指數(shù)、固定激勵(lì)信號選擇器的選擇狀態(tài)指數(shù)、聲音功率量化器的量化功率和聲道信息生成器的量化LSP系數(shù)形成編碼聲音信號。
另外，本發(fā)明的第2個(gè)代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的特征在于與本發(fā)明的第1個(gè)代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器對應(yīng)，由以下各部分構(gòu)成。
即，由(1)編碼聲音信號分離器、(2)聲道信息再生器、(3)聲音功率反量化器、(4)自適應(yīng)碼表、(5)噪音碼表、(6)脈沖碼表、(7)固定激勵(lì)信號選擇器、(8)頻率特性操作器、(9)增益碼表、(10)加法器和(11)再生聲音信號形成器。編碼聲音信號分離器將編碼聲音信號分離為各種信息；聲道信息再生器將分離的量化LSP系數(shù)進(jìn)行反量化處理，恢復(fù)為LPC系數(shù)；聲音功率反量化器將分離的量化功率進(jìn)行反量化處理；自適應(yīng)碼表輸出與分離的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)對應(yīng)的自適應(yīng)激勵(lì)信號；噪音碼表在分離了噪音激勵(lì)信號指數(shù)時(shí)輸出與該指數(shù)對應(yīng)的噪音性激勵(lì)信號；脈沖碼表在分離了脈沖性激勵(lì)信號指數(shù)時(shí)，輸出與該指數(shù)對應(yīng)的脈沖性激勵(lì)信號；固定激勵(lì)信號選擇器根據(jù)分離的選擇狀態(tài)指數(shù)選擇噪音碼表和脈沖碼表的激勵(lì)信號；頻率特性操作器將從該固定激勵(lì)信號選擇器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號變換為具有與原聲音信號相似的頻率特性；增益碼表輸出與從自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號和從頻率特性操作器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號對應(yīng)、的由從聲音功率反量化器輸出的反量化功率和分離的激勵(lì)增益確定的激勵(lì)增益；加法器將從進(jìn)行過增益控制的自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號和從頻率特性操作器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號進(jìn)行加法運(yùn)算，形成最終的激勵(lì)信號；再生聲音信號形成器根據(jù)從聲道信息再生器輸出的LPC系數(shù)和從加法器輸出的最終的激勵(lì)信號形成再生聲音信號。
本發(fā)明的第3個(gè)特征在于在至少具有自適應(yīng)碼表的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器中，具有指數(shù)變換器，在指示了音調(diào)控制模式時(shí)，該指數(shù)變換器將按照自適應(yīng)碼表確定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)，變換為固定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)，并供給編碼聲音信號形成器以使編碼聲音信號中含有固定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)。
本發(fā)明的第4個(gè)特征在于在至少具有自適應(yīng)碼表的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，具有指數(shù)變換器，在指示了音調(diào)控制模式時(shí)，該指數(shù)變換器將按照將編碼聲音信號分離后得到的自適應(yīng)碼表確定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)，變換為固定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)并供給自適應(yīng)碼表。
本發(fā)明的第5個(gè)特征在于在按照代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼方式對輸入的原聲音信號進(jìn)行編碼的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器中，具有再生速度控制器，在指示了再生速度控制模式時(shí)，該再生速度控制器根據(jù)指示的變倍率和原聲音信號具有的周期性對原聲音信號進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理，并供給編碼處理器。
本發(fā)明的第6個(gè)特征在于在具有根據(jù)輸入的編碼聲音信號形成激勵(lì)信號的激勵(lì)信號再生器，根據(jù)輸入的編碼聲音信號形成聲道預(yù)測系數(shù)的聲道信息再生器，和根據(jù)激勵(lì)信號再生器的激勵(lì)信號和聲道信息再生器的聲道預(yù)測系數(shù)形成再生聲音信號的再生聲音信號形成器的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，具有再生速度控制器，在指示了再生速度控制模式時(shí)，該再生速度控制器根據(jù)指示的變倍率和激勵(lì)信號具有的周期性，對激勵(lì)信號再生器的激勵(lì)信號進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理并供給再生聲音信號形成器。
本發(fā)明的第7個(gè)特征在于在具有根據(jù)輸入的編碼聲音信號形成激勵(lì)信號的激勵(lì)信號再生器，根據(jù)輸入的編碼聲音信號形成聲道預(yù)測系數(shù)的聲道信息再生器，和根據(jù)激勵(lì)信號再生器的激勵(lì)信號和聲道信息再生器的聲道預(yù)測系數(shù)形成再生聲音信號的再生聲音信號形成器的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，在再生聲音信號形成器的后級設(shè)有向再生聲音信號中加進(jìn)白色噪音的白色噪音添加器。
本發(fā)明的第1代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器和本發(fā)明的第2代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器旨在實(shí)現(xiàn)低編碼速度，具有對稱的結(jié)構(gòu)。因此，下面歸納起來說明其作用。
作為編碼聲音信號中包含的聲道預(yù)測系數(shù)，使用LSP系數(shù)。其理由在于對聲道的頻率特性的內(nèi)插特性好，LSP系數(shù)即使利用很少的編碼位數(shù)進(jìn)行編碼，也比LPC系數(shù)等引起聲道頻譜的畸變小，通過與矢量量化方法組合，可以進(jìn)行高效率的編碼。
另外，作為碼表，除了一般的自適應(yīng)碼表和噪音碼表外，還設(shè)有脈沖碼表和增益碼表，有選擇地使用噪音碼表和脈沖碼表對所選擇的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號進(jìn)行操作，可以具有與原聲音信號相似的頻率特性。
之所以有選擇地使用噪音碼表和脈沖碼表，在于對周期性的很強(qiáng)的有聲音的前沿和脈沖性明確的有聲音的穩(wěn)定部分的貢獻(xiàn)，以及即使使用脈沖性激勵(lì)信號也可以適應(yīng)低編碼速度。即，即使在分配的位數(shù)少的情況下，也可以形成良好的激勵(lì)信號。之所以進(jìn)行頻率特性操作，在于激勵(lì)信號的頻率特性雖然在理論上是作為白色而模式化的，但是，實(shí)際上并不是白色的，具有與原聲音信號的頻率特性相近的特性，只要使噪音性激勵(lì)信號及脈沖性激勵(lì)信號的頻率特性與原聲音信號的頻率特性靠近，就可以得到高品質(zhì)的再生聲音信號，另外，激勵(lì)信號的有效頻率成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于量化誤差信號，可以獲得量化誤差信號的掩蔽效果。之所以進(jìn)行增益控制，在于在編碼位數(shù)的限制大的情況下，雖然不能使激勵(lì)信號的長度大，但是，在這種情況下，通過引入與聲音功率對應(yīng)的增益控制，可以實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)。
根據(jù)上述理由，在本發(fā)明的第1代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器和第發(fā)明的第2代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，利用低編碼速度編碼聲音信號可以獲得高品質(zhì)的再生聲音信號。
本發(fā)明的第3代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器和本發(fā)明的第4代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器都使再生聲音信號的音調(diào)可變，前者不改變譯碼器一側(cè)，利用編碼器一側(cè)的處理使再生聲音信號的音調(diào)可變，后者不改變編碼器一側(cè)，利用譯碼器一側(cè)的處理使再生聲音信號的音調(diào)可變。
從自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號的指數(shù)，粗略地說來，受聲音信號的頻率的影響最大，如果將指數(shù)固定，基本上就可以使再生聲音信號的頻率(音調(diào))固定。因此，考慮到不給其他各部分以影響，在本發(fā)明的第3代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器中，在編碼聲音信號的形成器之前，另外，在本發(fā)明的第4代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，在將從編碼聲音信號分離出來的指數(shù)供給自適應(yīng)碼表的路徑中，設(shè)有指數(shù)變換器，用于將按照自適應(yīng)碼表確定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)變換為固定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)。
本發(fā)明的第5代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器和本發(fā)明的第6代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器都可以使原聲音信號具有的速度變?yōu)樵偕曇粜盘柕乃俣?，前者不改變譯碼器一側(cè)，利用編碼器一側(cè)的處理使再生聲音信號的速度可變，后者不改變編碼器一側(cè)，利用譯碼器一側(cè)的處理使再生聲音信號的速度可變。
為了使再生速度可變，可以對采樣進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理。只要簡單地進(jìn)行間抽或內(nèi)插，就容易產(chǎn)生不連續(xù)點(diǎn)。因此，考慮到信號的周期性，可以以其周期為單位進(jìn)行間抽或內(nèi)插。這里，最好使速度變換盡可能對其他結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響，并且，還希望將再生聲音信號的品質(zhì)的降低限制到最小限度。因此，在本發(fā)明的第5代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器中，在原聲音信號的輸入級，或者，在本發(fā)明的第6代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，在將激勵(lì)信號供給再生聲音信號形成器的路徑中，設(shè)有根據(jù)指示的變倍率和處理對象信號具有的周期性對處理對象信號進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理的再生速度控制器。
本發(fā)明的第7代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器是考慮到隨著成為低編碼速度再生聲音信號中的噪音成分容易形成顫噪雜音而構(gòu)成的(在本說明書中，將被白色噪音調(diào)制而變?yōu)榕c白色噪音不同的影響耳聽的音色的現(xiàn)象稱為雜音，以后將該影響耳聽的噪音稱為顫噪雜音)。若將白色噪音加到顫噪雜音內(nèi)，顫噪雜音就變得不明顯，并接近于自然的聲音信號。因此，本發(fā)明的第7代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器在再生聲音信號形成器的后級，設(shè)有向再生聲音信號中添加白色噪音的白色噪音添加器。


圖1是代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第1實(shí)施例的框圖。
圖2是代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第1實(shí)施例的框圖。
圖3是代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第2實(shí)施例的框圖。
圖4是代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第2實(shí)施例的框圖。
圖5是代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第3實(shí)施例的框圖。
圖6是間抽/內(nèi)插操作器132的操作說明圖(之一)。
圖7是間抽/內(nèi)插操作器132的操作說明圖(之二)。
圖8是代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第3實(shí)施例的框圖。
圖9是代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第4實(shí)施例的框圖。
101...聲道分析器、102...聲道預(yù)測系數(shù)量化器、103，213...合成濾波器、104...幀功率量化器、105，204...自適應(yīng)碼表、106，205...雜音碼表、107，206...脈沖碼表、108，207...增益碼表、109，209...矢量變換器、110，111，210，211...乘法器112，212，241...加法器113，208...固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)114...加權(quán)距離計(jì)算器、115...碼表檢索器116，201...存儲器接口、120，220...指數(shù)變換器130，230...緩沖存儲器、131，231...周期性分析器132，232...間抽/內(nèi)插操作器202...聲道預(yù)測系數(shù)反量化器203...幀功率反量化器、214...后置濾波器240...雜音發(fā)生器實(shí)施例(A)代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第1實(shí)施例圖1是本發(fā)明的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第1實(shí)施例，可以將編碼聲音信號存貯到例如帶留守錄音功能的電話機(jī)的IC存儲器內(nèi)。
該代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第1實(shí)施例和后面所述的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第1實(shí)施例，為了能夠?qū)⒑芏嘈畔⒋鎯Φ絀C存儲器內(nèi)，著眼于低編碼速度(例如，4kbit/s)。
在圖1中，從輸入端子100按幀單位歸納作為矢量而輸入的原聲音矢量(原聲音信號)S輸入幀功率量化器104。幀功率量化器104計(jì)算原聲音矢量S的功率后進(jìn)行量化處理，將其指數(shù)Io向存儲器接口116輸出，同時(shí)，計(jì)算反量化值P后，向增益碼表108輸出。
另外，原聲音矢量S輸入聲道分析器101，計(jì)算聲道預(yù)測系數(shù)(LPC系數(shù))a，并向聲道預(yù)測系數(shù)量化器102傳送。聲道預(yù)測系數(shù)量化器102將LPC系數(shù)a變換為LSP(Line Spectrum Pair)系數(shù)后進(jìn)行量化處理，并將其指數(shù)Ic向存儲器接口116輸出。另外，聲道預(yù)測系數(shù)量化器102根據(jù)指數(shù)Ic計(jì)算LSP系數(shù)的反量化值，變換為LPC系數(shù)aq后，向合成濾波器103和矢量變換器109輸出。
這里，作為記錄碼(編碼聲音信號)中包含的聲道預(yù)測系數(shù)，之所以使用LSP系數(shù)在于，對聲道的頻率特性的內(nèi)插特性好，即使在很少的編碼位數(shù)下進(jìn)行編碼，LSP系數(shù)也比LPC系數(shù)等引起聲道頻譜的畸變小，通過與矢量量化方法組合，可以進(jìn)行高效率的編碼。
合成濾波器103根據(jù)局部再生的LPC系數(shù)aq和加法器112輸出的激勵(lì)矢量(激勵(lì)信號)e計(jì)算合成聲音矢量(局部再生的合成聲音信號)Sw，并向加權(quán)距離計(jì)算器114輸出。
搜索該局部再生的合成聲音矢量Sw，找出其最接近于原聲音矢量S的最佳激勵(lì)矢量e，這時(shí)的各種碼表105～108的指數(shù)等包含在記錄碼內(nèi)。
另外，與例如按每幀求聲道預(yù)測系數(shù)及幀功率的情況相反，后面所述的最佳的激勵(lì)信號e的搜索則按將1幀分割為多個(gè)的子幀單位進(jìn)行。
在本實(shí)施例的情況下，作為碼表，設(shè)有自適應(yīng)碼表105、噪音碼表106、脈沖碼表107和增益碼表108。
自適應(yīng)碼表105、噪音碼表106和脈沖碼表107分別存儲著關(guān)于激勵(lì)信號的波形代碼矢量(作為激勵(lì)信號的自適應(yīng)激勵(lì)矢量、噪音激勵(lì)矢量、脈沖性激勵(lì)矢量)，增益碼表108存儲著關(guān)于自適應(yīng)激勵(lì)矢量和固定激勵(lì)矢量(將噪音性激勵(lì)矢量和脈沖性激勵(lì)矢量合并的稱呼)的增益代碼。
自適應(yīng)激勵(lì)矢量和噪音激勵(lì)矢量分別和以往一樣，是在統(tǒng)計(jì)上對周期性強(qiáng)的有聲音有貢獻(xiàn)的波形激勵(lì)矢量，和在統(tǒng)計(jì)上對周期性弱的隨機(jī)的無聲音有貢獻(xiàn)的波形激勵(lì)矢量。另外，自適應(yīng)碼表105的自適應(yīng)激勵(lì)矢量如后面所述的那樣進(jìn)行自適應(yīng)地更新。脈沖性激勵(lì)矢量是由孤立脈沖構(gòu)成的波形激勵(lì)矢量。脈沖性激勵(lì)矢量是考慮了對周期性強(qiáng)的有聲音的前沿及脈沖性明確的有聲音的穩(wěn)定部分的貢獻(xiàn)。增益代碼例如進(jìn)行矢量量化處理，代碼的一部分是關(guān)于自適應(yīng)激勵(lì)矢量的增益的代碼，另一部分是關(guān)于固定激勵(lì)矢量的增益的代碼(二維量化表)。
另外，脈沖性的聲源信號是具有周期性的單純的信號，所以，也可以認(rèn)為是脈沖信號發(fā)生器發(fā)生的，但是，最好是如本實(shí)施例那樣，進(jìn)行編碼后從碼表107讀出來發(fā)生。其理由為下，即，容易和自適應(yīng)碼表105的輸出同步，另外，通過采用和噪音碼表106相同的書卷結(jié)構(gòu)，如后面所述的那樣，選擇噪音激勵(lì)矢量或脈沖性激勵(lì)矢量后歸納到記錄碼內(nèi)時(shí)的多路處理等就容易了。
使用這樣的各種激勵(lì)矢量，求出局部再生的合成聲音矢量Sw與原聲音矢量S最相似的，關(guān)于各種激勵(lì)矢量的最佳激勵(lì)矢量后，將其指數(shù)供給存儲器接口116，納入到記錄碼(編碼聲音信號)內(nèi)，存儲到圖中未示出的IC存儲器中。由于本實(shí)施例著眼于低編碼速度，所以，對于固定激勵(lì)矢量，選擇噪音激勵(lì)矢量或脈沖性激勵(lì)矢量并記錄其指數(shù)。因此，選擇某一個(gè)作為固定激勵(lì)矢量的選擇信息也包含在記錄碼內(nèi)。
這種最佳激勵(lì)矢量的搜索(包括噪音激勵(lì)矢量或脈沖性激勵(lì)矢量的選擇處理)，這里假定按照自適應(yīng)激勵(lì)矢量、噪音激勵(lì)矢量、脈沖性激勵(lì)矢量、增益代碼的順序執(zhí)行而進(jìn)行說明。另外，只要能夠得到最佳的自適應(yīng)激勵(lì)矢量、噪音激勵(lì)矢量、脈沖性激勵(lì)矢量和增益代碼，該搜索順序等不限于以下的說明。
在進(jìn)行最佳的自適應(yīng)激勵(lì)矢量的搜索時(shí)，令噪音碼表106和脈沖性碼表107的輸出為0，另外，乘法器110進(jìn)行乘以合適值的增益系數(shù)bk(例如1)的乘法運(yùn)算。在這樣的狀態(tài)下，按時(shí)間順序或者并行地輸出存儲在自適應(yīng)碼表105內(nèi)的所有的自適應(yīng)激勵(lì)矢量eai，作為激勵(lì)矢量通過乘法器110和加法器112輸給合成濾波器103。合成濾波器103將LPC系數(shù)aq作為分支系數(shù)對該激勵(lì)矢量ea(eai)進(jìn)行卷積處理，作為聲源參量對所有的自適應(yīng)激勵(lì)矢量eai(i＝1～n)求只反映自適應(yīng)激勵(lì)矢量eai的內(nèi)容的合成聲音矢量(這里，用Swi表示)。
帶權(quán)重的距離計(jì)算器114進(jìn)行原聲音矢量S與各候補(bǔ)的合成聲音矢量Swi的減法運(yùn)算，進(jìn)而進(jìn)行頻率的加權(quán)之后，對各候補(bǔ)的矢量計(jì)算各成分的平方和ew(ewi)，并向碼表檢索器115輸出。碼表檢索器115將與n個(gè)平方和ewi中的最小值對應(yīng)的最小的自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea確定為最佳的自適應(yīng)激勵(lì)矢量。
然后，進(jìn)行最佳的噪音激勵(lì)矢量的搜索。在進(jìn)行該搜索時(shí)，將固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)113切換到噪音碼表106一側(cè)，令自適應(yīng)碼表105的輸出為0(輸出最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量也可以)，另外，乘法器111進(jìn)行乘以合適值的增益系數(shù)gk(例如1)的乘法運(yùn)算。在這樣的狀態(tài)下，按照時(shí)間順序或者并行地輸出存儲在噪音碼表106內(nèi)的所有的噪音激勵(lì)矢量esj(j＝1～m)，并通過固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)113輸入到矢量變換器(頻率特性操作器)109中。
矢量變換器109根據(jù)LPC系數(shù)aq和最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量指數(shù)Ia，將輸入的各噪音激勵(lì)矢量esj的頻率特性與噪音激勵(lì)矢量的時(shí)間長度對應(yīng)地變換為靠近原聲音矢量S的頻率特性。這樣進(jìn)行過頻率特性變換操作的所有的噪音激勵(lì)矢量ev(evj)通過乘法器111和加法器112作為激勵(lì)矢量e(ej)供給合成濾波器103。
以后，進(jìn)行和最佳的自適應(yīng)激勵(lì)矢量的搜索相同的處理，碼表檢索器115確定最佳的噪音激勵(lì)矢量es。
這里，之所以設(shè)置矢量變換器109，在于以下的理由。以往，激勵(lì)矢量的頻率特性在理論上是作為白色而模式化的，但是，實(shí)際上并不是白色的，實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)確認(rèn)具有與原聲音矢量S的頻率特性相近的特性。因此，只要使噪音激勵(lì)矢量和脈沖性激勵(lì)矢量的頻率特性與原聲音矢量S的頻率特性接近，就可以得到那樣高品質(zhì)的合成聲音矢量，另外，激勵(lì)矢量的有效頻率成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于量化誤差信號，從而可以得到量化誤差信號的掩蔽效果。因此，設(shè)置矢量變換器109。這里，作為表示原聲音矢量S的頻率特性的信息有LPC系數(shù)ac，另外，還有表示音調(diào)預(yù)測信息的最佳的自適應(yīng)激勵(lì)矢量的信息(包括與其對應(yīng)的增益)Ia。因此，矢量變換器109根據(jù)這些信息進(jìn)行噪音激勵(lì)矢量及脈沖性激勵(lì)矢量的頻率特性的操作。
這樣，當(dāng)最佳的噪音激勵(lì)矢量的搜索結(jié)束時(shí)，接著就進(jìn)行最佳的脈沖性激勵(lì)矢量的搜索。在進(jìn)行該搜索時(shí)，將固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)113切換到脈沖性碼表107一側(cè)，令自適應(yīng)碼表105的輸出為0(也可以輸出最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量)，另外，乘法器111進(jìn)行乘以合適值的增益系數(shù)gk(例如1)的乘法運(yùn)算。在這樣的狀態(tài)下，按照時(shí)間順序或者并行地輸出存儲在脈沖性碼表107內(nèi)的所有的脈沖性激勵(lì)矢量epk(k＝1～m)。以后的處理和進(jìn)行最佳的噪音激勵(lì)矢量的搜索時(shí)一樣，所以，說明從略。
這樣，當(dāng)確定了最佳的脈沖性激勵(lì)矢量ep時(shí)，碼表檢索器115將最佳的噪音激勵(lì)矢量es的平方和ew與最佳的脈沖性激勵(lì)矢量ep的平方和ew進(jìn)行比較，將平方和ew小的確定為記錄的固定激勵(lì)矢量的信息。
此后，進(jìn)行最佳的增益代碼的搜索。在進(jìn)行該增益代碼的搜索時(shí)，從自適應(yīng)碼表105輸出最佳的自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea，將固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)113切換到所選擇的噪音碼表106或脈沖性碼表107一側(cè)，從選擇的固定碼表106或107輸出最佳的固定激勵(lì)矢量es或ep。從增益碼表108輸出的1個(gè)增益代碼由自適應(yīng)激勵(lì)矢量用的增益和固定激勵(lì)矢量用的增益構(gòu)成，在這些增益中反映出幀功率P之后，將自適應(yīng)激勵(lì)矢量用的增益bk(k＝1～t)輸給乘法器110，將固定激勵(lì)矢量用的增益gk輸給乘法器111。這樣，便由加法器112對進(jìn)行過增益控制的最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量與進(jìn)行過頻率特性操作和增益控制的最佳固定激勵(lì)矢量進(jìn)行加法運(yùn)算，并作為激勵(lì)矢量e輸給合成濾波器103。對增益碼表108內(nèi)的所有的增益代碼按照時(shí)間順序或者并行地進(jìn)行這樣的處理。帶權(quán)重的合成濾波器103以后的搜索時(shí)的處理，和進(jìn)行各種激勵(lì)矢量的搜索時(shí)的處理一樣。
當(dāng)碼表檢索器115得到最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量、最佳固定激勵(lì)矢量和最佳增益代碼時(shí)，就將它們的指數(shù)Ia、Is或者Ip、和Ig供給存儲器接口116，同時(shí)，也將表示選擇噪音激勵(lì)矢量和脈沖性激勵(lì)矢量中的哪一個(gè)的固定代碼選擇開關(guān)信息Iw供給存儲器接口116。
存儲器接口116將關(guān)于這些激勵(lì)源的信息Ia、Is或者Ip、Ig和Iw、上述LSP系數(shù)量化信自Ic和幀功率信息Io進(jìn)行多路變換，變換為符合與外部連接的IC存儲器的存儲形式的信號M后，從輸出端子117輸出。
另外，碼表檢索器115將供給存儲器接口116的指數(shù)和固定代碼選擇開關(guān)信息輸給對應(yīng)的碼表(105和108、106或者107)及固定代碼選擇開關(guān)113。這時(shí)，開關(guān)113進(jìn)行切換，從各碼表輸出最佳激勵(lì)矢量及最佳代碼。這樣，就從加法器112輸出在進(jìn)行本次的幀處理時(shí)也可以形成最接近于原聲音矢量S的合成聲音矢量Sw的激勵(lì)矢量e(eo)，并將其供給自適應(yīng)碼表105。并且，自適應(yīng)碼表105進(jìn)行自適應(yīng)激勵(lì)矢量eai的更新處理。
以上的編碼處理，對每幀及子幀反復(fù)進(jìn)行，編碼聲音信號M順序記錄到IC存儲器內(nèi)。
另外，對于帶留守錄音功能的電話機(jī)，在記錄其所有者(被呼叫者)外出時(shí)的留言的信息時(shí)和記錄呼叫者向外出的使用者傳達(dá)的信息時(shí)，這樣的編碼處理根據(jù)控制整個(gè)電話機(jī)的控制器(CPU)的指令進(jìn)行。
因此，按照上述第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，在低編碼速度下也可以得到高品質(zhì)的再生聲音，可以將大量的信息存儲到IC存儲器內(nèi)。
下面，具體地說明在低編碼速度下也可以得到高品質(zhì)的再生聲音。
(1)當(dāng)采用低編碼速度時(shí)，由于分配給聲源參量(激勵(lì)信號)的編碼位數(shù)少，所以，準(zhǔn)備的固定激勵(lì)矢量也少，難于明確地再生原聲音矢量S中包含的脈沖性噪音，在本實(shí)施例的情況下，由于利用了脈沖性激勵(lì)矢量，所以，可以提高這時(shí)的聲音的再生品質(zhì)。
另外，由于是在切換脈沖性激勵(lì)矢量和噪音激勵(lì)矢量后使用的，所以，可以與低編碼速度對應(yīng)，同時(shí)，可以提高對象有聲音的過渡部分那樣的、隨機(jī)信號和脈沖的信號混合存在的信號的再生品質(zhì)。
(2)當(dāng)采用低編碼速度時(shí)，不僅對聲源參量的編碼位數(shù)少，而且對聲道參量的編碼位數(shù)也少。在本實(shí)施例的情況下，即使以少的編碼位數(shù)進(jìn)行編碼，也可以記錄比LPC系數(shù)等引起的聲道頻譜畸變小的LSP系數(shù)的信息，所以，可以提高再生品質(zhì)。
(3)如上述那樣，由于考慮到實(shí)際的激勵(lì)信號(對應(yīng)激勵(lì)矢量e)具有與輸入聲音信號(對應(yīng)原聲音矢量S)的頻率特性相近的頻率特性而設(shè)有矢量變換器109，所以，實(shí)際上可以相應(yīng)地提高再生品質(zhì)，同時(shí)，具有對伴隨該變換的量化誤差信號的掩蔽效果，從而可以提高再生品質(zhì)。
(B)代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第1實(shí)施例下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第1實(shí)施例。本實(shí)施例與圖1所示的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第1實(shí)施例對應(yīng)，具有圖2的框圖所示的結(jié)構(gòu)。
在圖2中，第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器由存儲器接口201、聲道預(yù)測系數(shù)反量化器202、幀功率反量化器203、自適應(yīng)碼表204、噪音碼表205、脈沖碼表206、增益碼表207、固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)208、矢量變換器209、乘法器210，211、加法器212、合成濾波器213和后置濾波器214構(gòu)成。
從IC存儲器讀出并從輸入端子200輸入該代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的編碼聲音信號M，輸入存儲器接口201。存儲器接口201將該編碼聲音信號M分離為LSP系數(shù)的量化信息Ic、幀功率信息Io、最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia、最佳固定激勵(lì)矢量es或ep的指數(shù)Is或Ip、最佳增益代碼的指數(shù)Ig和固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)信息Iw。并且，將LSP系數(shù)的量化信息Ic供給聲道預(yù)測系數(shù)反量化器202，將幀功率信息Io供給幀功率反量化器203，將最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia供給自適應(yīng)碼表204和矢量變換器209，將最佳增益代碼的指數(shù)Ig供給增益碼表207，將固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)信息Iw供給固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)208。另外，將最佳固定激勵(lì)矢量es或ep的指數(shù)Is或Ip供給根據(jù)固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)信息Iw確定的噪音碼表205或脈沖碼表206。
聲道預(yù)測系數(shù)反量化器202將供給的經(jīng)過編碼的LSP系數(shù)進(jìn)行譯碼(例如，進(jìn)行矢量反量化處理)，再變換為LPC系數(shù)aq。這樣變換的LPC系數(shù)aq，作為聲道預(yù)測系數(shù)信息供給矢量變換器209、合成濾波器213和后置濾波器214。
幀功率反量化器203根據(jù)幀功率信息Io，求幀功率反量化值(再生的幀功率)P，并供給增益碼表207。
增益碼表207將幀功率P在由供給的指數(shù)Ig確定的自適應(yīng)激勵(lì)矢量用和固定激勵(lì)矢量用的增益代碼中反映出來，分別將增益代碼b、g供給自適應(yīng)激勵(lì)矢量用的乘法器210和固定激勵(lì)矢量用的乘法器211。
自適應(yīng)碼表204輸出由供給的指數(shù)Ia確定的自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea，該自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea通過乘法器210進(jìn)行增益控制，并供給加法器212。
噪音碼表205或脈沖碼表206通過固定激勵(lì)矢量選擇開關(guān)208將與供給的指數(shù)Is或Ip對應(yīng)的噪音激勵(lì)矢量es或脈沖性激勵(lì)矢量ep輸出給矢量變換器209，矢量變換器209根據(jù)LPC系數(shù)aq、自適應(yīng)激勵(lì)矢量es的指數(shù)Is進(jìn)行其頻率特性操作。這樣，經(jīng)過頻率特性操作的固定激勵(lì)矢量ev由增益控制器211進(jìn)行增益控制后輸給加法器212。
加法器212將供給的自適應(yīng)激勵(lì)矢量和固定激勵(lì)矢量進(jìn)行加法運(yùn)算后，將其加法信號作為激勵(lì)矢量e供給合成濾波器213。合成濾波器213將該激勵(lì)矢量e利用LPC系數(shù)aq進(jìn)行卷積得到合成聲音矢量Sw后，輸給后置濾波器214。后置濾波器214對合成聲音矢量Sw進(jìn)行與聽覺特性對應(yīng)的頻率變換后，作為再生聲音矢量Sp從輸出端子215輸出。
另外，從加法器212輸出的激勵(lì)矢量e也輸給自適應(yīng)碼表204。這時(shí)，自適應(yīng)碼表204使用該激勵(lì)矢量e進(jìn)行自適應(yīng)激勵(lì)矢量的更新。
代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器在每次供給編碼聲音信號時(shí)，即對每幀(對于激勵(lì)信號就是對每子幀)進(jìn)行上述處理。
因此，按照該第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，由于具有處理供給的LSP系數(shù)的結(jié)構(gòu)，作為聲源有脈沖碼表206，具有使固定聲源的頻率特性與輸入聲音信號的頻率特性接近的矢量變換器209，所以，據(jù)此便可使上述第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的效果實(shí)際有效。
(C)代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第2實(shí)施例圖3是本發(fā)明的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第2實(shí)施例，是可以將編碼聲音信號存儲到例如帶留守錄音功能的電話機(jī)的IC存儲器內(nèi)的例子。在圖3中，對于和圖1相同及對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號。
第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，是以使用上述第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器作為譯碼器為前提的。
第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器和后面所述的第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器著眼于使再生聲音矢量的周期性(聲音的高度)保持一定。
根據(jù)圖3與圖1的比較可知，第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器是在第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中增加了指數(shù)變換器120。音調(diào)控制信號con1和最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia輸入該指數(shù)變換器120。當(dāng)音調(diào)控制信號con1指示音調(diào)的非控制狀態(tài)時(shí)，指數(shù)變換器120就使最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia直接通過，供給存儲器接口116，當(dāng)音調(diào)控制信號con1指示音調(diào)的控制狀態(tài)時(shí)，就與最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia無關(guān)地發(fā)生固定的指數(shù)Iac，并供給存儲器接口116。
這里，自適應(yīng)碼表105的指數(shù)Ia是表示聲音信號的周期性(聲音的高度)的信息的參量。聲音信號的周期隨講話人而異，另外，即使同一個(gè)講話者，也會由于講話時(shí)的抑揚(yáng)頓挫等而隨時(shí)間變化。通過使固定的指數(shù)Iac包含在編碼聲音信號M中，使聲音信號的周期總是固定為某一恒定的值，由第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器(參見圖2)再生的聲音信號就成為聲音的高度不變的機(jī)器人的聲音。
對于帶留守錄音功能的電話機(jī)，還要求對付無用電話。作為滿足這一要求的一個(gè)方法，使被呼叫者的信息聲音信號成為機(jī)器人的聲音信號是有效的。因此，設(shè)置這種動作模式的選擇操作按鈕，當(dāng)操作了該選擇操作按鈕時(shí)，控制整個(gè)電話機(jī)的控制器(CPU)就將指示音調(diào)的控制狀態(tài)的音調(diào)控制信號con1供給指數(shù)變換器120，將與最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia無關(guān)的固定的指數(shù)Iac包含在編碼聲音信號M中進(jìn)行存儲，在進(jìn)行再生時(shí)便可輸出音調(diào)基本上一定的聲音信號。
按照上述第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，也可以得到與第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器相同的效果，另外，在進(jìn)行再生時(shí)，還可以獲得可以適當(dāng)?shù)匦纬梢粽{(diào)基本上一定的聲音信號的效果。
(D)代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第2實(shí)施例圖4是本發(fā)明的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第2實(shí)施例。在圖4中，和圖2相同及對應(yīng)的部分，標(biāo)以相同的符號。第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，是以使用上述圖2所示的第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器作為編碼器為前提的。
由圖4與圖2的比較可知，第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器是在第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中增加了指數(shù)變換器220。音調(diào)控制信號con1和存儲器接口201把從編碼聲音信號M中分離的最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia輸入該指數(shù)變換器220。當(dāng)音調(diào)控制信號con1指示音調(diào)的非控制狀態(tài)時(shí)，指數(shù)變換器220就使最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia直接通過供給自適應(yīng)碼表204和矢量變換器209，當(dāng)音調(diào)控制信號con1指示音調(diào)的控制狀態(tài)時(shí)，就發(fā)生與最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia無關(guān)的固定的指數(shù)Iac并供給自適應(yīng)碼表204和矢量變換器209。
因此，當(dāng)音調(diào)控制信號con1指示音調(diào)的非控制狀態(tài)時(shí)，第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器就使用已分離的最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia進(jìn)行譯碼，當(dāng)音調(diào)控制信號con1指示音調(diào)的控制狀態(tài)時(shí)，就使用固定指數(shù)Iac取代已分離的最佳自適應(yīng)激勵(lì)矢量ea的指數(shù)Ia進(jìn)行譯碼。
結(jié)果，在信息聲音信號的記錄中，即使不進(jìn)行音調(diào)控制，在進(jìn)行再生時(shí)，對于第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，由于和上述相同的理由，也可以適當(dāng)?shù)剌敵鲆粽{(diào)基本上一定的聲音信號。
按照上述第2實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，也可以得到和第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器相同的效果，另外，還可以獲得可以適當(dāng)?shù)匦纬梢粽{(diào)基本上一定的聲音信號的效果。
(E)代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第3實(shí)施例圖5是本發(fā)明的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器的第3實(shí)施例。在圖5中，和圖1相同及對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號。
第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器是以使用上述第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器(圖2)作為譯碼器為前提的。
第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器和第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器是著眼于可以任意選擇再生聲音矢量的再生速度。
由圖5與圖1的比較可知，第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器是在第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中增加了緩沖存儲器130、周期性分析器131和間抽/內(nèi)插操作器132。這些新的結(jié)構(gòu)131～132設(shè)置在原聲音矢量S的輸入級，將從間抽/內(nèi)插操作器132輸出的聲音矢量Sm作為輸入聲音矢量，和第1實(shí)施例一樣進(jìn)行編碼處理。
這里，速度控制信號con2供給緩沖存儲器130～間抽/內(nèi)插操作器132。當(dāng)該速度控制信號con2指示非控制狀態(tài)時(shí)，緩沖存儲器130～間抽/內(nèi)插操作器132不動作，原聲音矢量S直接供給編碼處理機(jī)構(gòu)。另一方面，當(dāng)速度控制信號con2指示控制狀態(tài)時(shí)，緩沖存儲器130～間抽/內(nèi)插操作器132就進(jìn)行聲音信號的速度變更動作。
緩沖存儲器130是將原聲音矢量S存儲為數(shù)幀。周期性分析器131對每幀分析緩沖存儲器130存儲的原聲音矢量Sf的周期性，并將由采樣數(shù)表現(xiàn)的周期性信息(音調(diào)周期)cc供給間抽/內(nèi)插操作器132。當(dāng)速度控制信號con2指示控制狀態(tài)時(shí)，還將變倍倍率sf供給間抽/內(nèi)插操作器132。間抽/內(nèi)插操作器132根據(jù)該變倍倍率sf計(jì)算進(jìn)行間抽或內(nèi)插的采樣數(shù)di。間抽/內(nèi)插操作器132在周期性信息cc的整數(shù)倍中求出與計(jì)算的采樣數(shù)di最接近的數(shù)n×cc，按周期性信息cc的周期單位只將該采樣數(shù)n×cc的采樣點(diǎn)進(jìn)行間抽或內(nèi)插，并且重新構(gòu)成幀，輸出經(jīng)過間抽或內(nèi)插處理的聲音矢量Sm。
圖6是高速再生的指示時(shí)(變倍倍率sf＜1)間抽/內(nèi)插操作器132的動作(間抽動作)的說明圖。如圖6所示，根據(jù)1幀(320個(gè)采樣點(diǎn))的原聲音矢量S，求其周期性(音調(diào)周期)cc時(shí)，約為50個(gè)采樣點(diǎn)，另外，根據(jù)由變倍率sf確定的采樣數(shù)di求對多少周期(n周期)進(jìn)行間抽時(shí)，可以得到2周期(n＝2)的結(jié)果。因此，在本實(shí)施例的情況下，如圖6所示的那樣，從幀的開頭部分開始，間抽2個(gè)周期的采樣點(diǎn)。于是，1幀的采樣數(shù)就比指定的采樣數(shù)(320)少，因此，根據(jù)本次間抽處理后的采樣點(diǎn)和對下一幀進(jìn)行同樣間抽處理的采樣點(diǎn)重新形成1幀的聲音矢量后，供給編碼處理機(jī)構(gòu)。
圖7是低速再生的指示時(shí)(變倍倍率sf＞1)間抽/內(nèi)插操作器132的動作(內(nèi)插動作)的說明圖。如圖7所示，根據(jù)1幀(320個(gè)采樣點(diǎn))的原聲音矢量S求其周期性(音調(diào)周期)cc時(shí)，約為80個(gè)采樣點(diǎn)，另外，根據(jù)由變倍率sf確定的采樣數(shù)di求對多少周期(n周期)進(jìn)行內(nèi)插時(shí)，可以得到2周期(n＝2)的結(jié)果。因此，在本實(shí)施例的情況下，如圖7所示的那樣，對幀的開頭一側(cè)的周期(1)的采樣點(diǎn)和第2周期(2)的采樣點(diǎn)各反復(fù)進(jìn)行2次內(nèi)插。于是，1幀的采樣數(shù)就比指定的采樣數(shù)(320)多，因此，將本次內(nèi)插處理后的采樣列內(nèi)的320個(gè)采樣點(diǎn)作為1幀的采樣點(diǎn)供給編碼處理機(jī)構(gòu)，同時(shí)，根據(jù)其余的采樣點(diǎn)和對下一幀進(jìn)行同樣內(nèi)插處理的采樣點(diǎn)重新形成1幀的聲音矢量后供給編碼處理機(jī)構(gòu)。
對于帶留守錄音功能的電話機(jī)，如上述那樣，有對付惡作劇電話的要求。另外，對于有很多電話打進(jìn)來的使用者(被呼叫者)的情況，呼叫者的留守錄音信息也多，所以，有時(shí)希望高速再生。作為滿足這一要求的一個(gè)方法，把被呼叫者及呼叫者的信息聲音信號的再生速度從通常速度進(jìn)行改變是有效的。因此，設(shè)置有這種動作模式的選擇操作按鈕，當(dāng)操作了該選擇操作按鈕時(shí)，控制整個(gè)電話機(jī)的控制器(CPU)就將指示再生速度的控制狀態(tài)的速度控制信號con2和指示的變倍率sf供給緩沖存儲器130～間抽/內(nèi)插操作器132進(jìn)行編碼，以使在編碼階段(記錄階段)再生速度與通常速度不同。
按照上述第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，也可以得到和第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器相同的效果，并且，在進(jìn)行再生時(shí)，還可以獲得可以適當(dāng)?shù)匦纬删哂信c使用者的指示對應(yīng)的再生速度的聲音信號的效果。
由于是在分析周期性后進(jìn)行內(nèi)插或間抽處理的，所以，進(jìn)行內(nèi)插或間抽處理也可以保持再生聲音的連續(xù)性，另外，還可以保持音調(diào)。
(F)代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第3實(shí)施例圖8是本發(fā)明的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第3實(shí)施例。在圖8中，和圖2相同及對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號。第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器是以使用上述圖1所示的第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器作為編碼器為前提的。
第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器也是使聲音信號的再生速度與輸入聲音本身具有的通常速度不同，但是，不是在編碼器一側(cè)進(jìn)行再生速度的變更，而是由譯碼器一側(cè)的處理進(jìn)行。
由圖8和圖2的比較可知，第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器是在第1實(shí)施例的加法器212和合成濾波器213之間增加了緩沖存儲器230、周期性分析器231和間抽/內(nèi)插操作器232，另外，合成濾波器213和后置濾波器214還與1幀的指定采樣數(shù)以外的采樣數(shù)對應(yīng)。因此，加法器212之前的處理和第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器相同。
這里，將速度控制信號con2供給緩沖存儲器230～間抽/內(nèi)插操作器232。當(dāng)該速度控制信號con2指示非控制狀態(tài)時(shí)，緩沖存儲器230～間抽/內(nèi)插操作器232不動作，使最佳激勵(lì)矢量e直接通過。另一方面，當(dāng)速度控制信號con2指示控制狀態(tài)時(shí)，緩沖存儲器230～間抽/內(nèi)插操作器232進(jìn)行速度變更動作。
緩沖存儲器230至少存儲1幀的最佳激勵(lì)矢量e。周期性分析器231計(jì)算緩沖存儲器230存儲的最佳激勵(lì)矢量ef的周期性的值(音調(diào)周期；換算為采樣數(shù))cc。間抽/內(nèi)插操作器232根據(jù)變速倍率sf計(jì)算進(jìn)行間抽或內(nèi)插的采樣數(shù)di，求最接近該改變部分的采樣數(shù)di的周期性的值的整數(shù)倍cc×n，按周期性的值cc的采樣數(shù)為單位對最佳激勵(lì)矢量ef進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理。第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器與第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器比較，雖然有間抽/內(nèi)插對象是聲音矢量的采樣點(diǎn)還是最佳激勵(lì)矢量的采樣點(diǎn)的不同，但以上的處理相同。
但是，第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的間抽/內(nèi)插操作器232進(jìn)而還求間抽/內(nèi)插處理后的最佳激勵(lì)矢量em的矢量長度(采樣數(shù))s1。并且，間抽/內(nèi)插操作器232將間抽/內(nèi)插處理后的最佳激勵(lì)矢量em輸給合成濾波器213，同時(shí)，將矢量長度s1輸給合成濾波器213和后置濾波器214。
合成濾波器213和后置濾波器214進(jìn)行和第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器一樣的處理，但是，輸入矢量的矢量長度經(jīng)間抽/內(nèi)插處理后與原來的矢量長度不同，所以，對于該矢量長度s1的輸入采樣系列，使用聲道分析系數(shù)aq進(jìn)行濾波。
按照上述第3實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，也可以得到和第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器相同的效果，并且，還可以獲得可以適當(dāng)?shù)匦纬删哂信c使用者的指示對應(yīng)的再生速度的再生聲音信號的效果。
這里，由于是在分析周期性之后進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理的，所以，即使進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理還可以保持再生聲音的連續(xù)性，另外，還可以保持音調(diào)。
另外，由于是在最佳激勵(lì)矢量的階段進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理的，所以，可以得到更自然的再生合成聲音信號。即，由間抽/內(nèi)插處理造成的影響通過合成濾波器213和后置濾波器214的濾波緩和，可以得到更自然的再生聲音信號。因此，也可以考慮在后置濾波器214的輸出階段進(jìn)行間抽/內(nèi)插處理，但是，即使在進(jìn)行周期性分析后進(jìn)行間抽/內(nèi)插處理，其影響進(jìn)入輸出聲音信號的程度也大于本實(shí)施例。
(G)代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第4實(shí)施例圖9是本發(fā)明的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器的第4實(shí)施例。在圖9中，和圖2相同及對應(yīng)的部分標(biāo)以相同的符號。第4實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器是以使用上述圖1所示的第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器作為編碼器為前提的。
圖1所示的第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，如上述那樣，編碼時(shí)是應(yīng)能將大量的信息存儲到IC存儲器內(nèi)且具有低編碼速度的。編碼速度降低多少，編碼畸變進(jìn)入再生聲音信號內(nèi)就有多少，這是不可避免的。在實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)知道，由于編碼畸變，再生聲音信號中的雜音成分有成為顫噪雜音化的傾向。第4實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器就是為了解決再生聲音信號中的雜音成分出現(xiàn)顫噪雜音化的問題。
由圖9和圖2的比較可知，第4實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器是在第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中增加了雜音發(fā)生器140和加法器141。
雜音發(fā)生器140與幀功率P的值對應(yīng)地發(fā)生白色雜音nz。另外，發(fā)生與幀功率無關(guān)的保持一定變化的雜音或者預(yù)先捕捉背景雜音進(jìn)行存儲后再發(fā)生雜音，可以構(gòu)成其他實(shí)施例。加法器141將該雜音nz與后置濾波器214輸出的再生聲音矢量進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算后的再生聲音矢量Sp從輸出端子215向外部輸出。
這里，即使從后置濾波器214輸出的再生聲音矢量中的雜音成分出現(xiàn)顫噪雜音化，通過加入雜音發(fā)生器140的白色雜音，便可使加法器141輸出的再生聲音矢量Sp的雜音成分呈現(xiàn)白色雜音化，從而顫噪雜音成分變得不明顯，接近于自然的雜音成分。
按照上述第4實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，也可以得到和第1實(shí)施例的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器相同的效果，并且，即使通過編碼/譯碼而使其背景雜音等受到調(diào)制、變化為能感覺到影響收聽的程度，由于加入指定的適當(dāng)大小的人為地生成的雜音，所以，也可以掩蔽影響收聽的部分，從而可以得到更自然的再生聲音信號。
(H)其他實(shí)施例在上述各實(shí)施例中，示出了按照根據(jù)原聲音矢量得到聲道分析系數(shù)的所謂向前式代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼方式的情況，但是，對于第1實(shí)施例、第3實(shí)施例和第4實(shí)施例的特征結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于按照根據(jù)局部再生的聲音矢量得到聲道分析系數(shù)的所謂向后式代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼方式的情況。
在上述各實(shí)施例中，作為激勵(lì)信號(激勵(lì)矢量)的發(fā)生結(jié)構(gòu)，具有自適應(yīng)碼表、雜音碼表、脈沖碼表和增益碼表，但是，對于第2實(shí)施例～第4實(shí)施例，激勵(lì)信號(激勵(lì)矢量)的發(fā)生結(jié)構(gòu)不限于此，只要是至少具有自適應(yīng)碼表和雜音碼表，就可以應(yīng)用。
上述各實(shí)施例都是著眼于應(yīng)用到帶留守錄音功能的電話機(jī)的信息記錄再生的結(jié)構(gòu)中，但是，其用途不限于此，可以應(yīng)用于狹義的傳輸系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的第1代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器或本發(fā)明的第2代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，是令包含在編碼聲音信號中的聲道預(yù)測系數(shù)為LSP系數(shù)，選擇使用雜音碼表和脈沖性碼表，在該選擇激勵(lì)信號中反映原聲音信號的頻率，對自適應(yīng)激勵(lì)信號和選擇激勵(lì)信號進(jìn)行增益控制的，所以，即使在低編碼速度下也可以得到高品質(zhì)的再生聲音信號。
按照本發(fā)明的第3代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器或本發(fā)明的第4代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，由于設(shè)置有指數(shù)變換器，當(dāng)指示了音調(diào)控制模式時(shí)，將自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)變換為固定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)，所以，可以根據(jù)需要改變再生聲音信號的音調(diào)。
按照本發(fā)明的第5代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器或本發(fā)明的第6代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，由于設(shè)置有根據(jù)指示的變倍率和處理對象信號具有的周期性對處理對象信號進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理的再生速度控制器，所以，可以根據(jù)需要改變再生聲音信號的速度。
按照本發(fā)明的第7代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，由于在再生聲音信號形成器的后級設(shè)置有向再生聲音信號中添加白色雜音的白色雜音添加器，所以，雖然在低編碼速度下再生聲音信號的雜音成分容易發(fā)生顫噪雜音，但是，將顫噪雜音淹沒到白色雜音中就不明顯了，從而可以得到自然的再生聲音信號。
權(quán)利要求
1.一種代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，其特征在于具有聲道信息生成器、聲音功率量化器、自適應(yīng)碼表、噪音碼表、脈沖碼表、固定激勵(lì)信號選擇器、頻率特性操作器、增益碼表、加法器、最佳激勵(lì)信號搜索器和編碼聲音信號形成器，聲道信息生成器根據(jù)原聲音信號或局部再生的合成聲音信號得到LPC系數(shù)、將其變換為LSP系數(shù)后進(jìn)行量化，同時(shí)將該量化的LSP系數(shù)進(jìn)行反量化，恢復(fù)為LPC系數(shù)；聲音功率量化器計(jì)算原聲音信號的功率、并進(jìn)行量化和反量化處理；自適應(yīng)碼表自適應(yīng)地輸出更新的自適應(yīng)激勵(lì)信號；噪音碼表輸出噪音性激勵(lì)信號；脈沖碼表輸出脈沖性激勵(lì)信號；固定激勵(lì)信號選擇器選擇噪音碼表和脈沖碼表的激勵(lì)信號；頻率特性操作器將固定激勵(lì)信號選擇器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號變換為具有與原聲音信號相似的頻率特性；增益碼表輸出與從自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號和從頻率特性操作器輸出的噪音激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號對應(yīng)的、由聲音功率量化器輸出的反量化功率決定的激勵(lì)增益；加法器將進(jìn)行了增益控制的從自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號和從頻率特性操作器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號進(jìn)行加法運(yùn)算，形成最終的激勵(lì)信號；最佳激勵(lì)信號搜索器根據(jù)從聲道信息生成器輸出的LPC系數(shù)和加法器輸出的最終的激勵(lì)信號，確定使用從自適應(yīng)碼表、噪音碼表、脈沖碼表和增益碼表輸出的最佳激勵(lì)信號，還是使用噪音碼表和脈沖碼表中的哪一個(gè)碼表的輸出激勵(lì)信號；編碼信號形成器在確定了最佳激勵(lì)信號時(shí)，根據(jù)各種碼表的指數(shù)、固定激勵(lì)信號選擇器的選擇狀態(tài)指數(shù)、聲音功率量化器的量化功率和聲道信息生成器的量化LSP系數(shù)形成編碼聲音信號。
2.一種代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，其特征在于具有編碼聲音信號分離器、聲道信息再生器、聲音功率反量化器、自適應(yīng)碼表、噪音碼表、脈沖碼表、固定激勵(lì)信號選擇器、頻率特性操作器、增益碼表、加法器和再生聲音信號形成器。編碼聲音信號分離器將編碼聲音信號分離為各種信息；聲道信息再生器將分離的量化LSP系數(shù)進(jìn)行反量化處理，恢復(fù)為LPC系數(shù)；聲音功率反量化器將分離的量化功率進(jìn)行反量化處理；自適應(yīng)碼表輸出與分離的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)對應(yīng)的自適應(yīng)激勵(lì)信號；噪音碼表在分離了噪音激勵(lì)信號指數(shù)時(shí)輸出與該指數(shù)對應(yīng)的噪音性激勵(lì)信號；脈沖碼表在分離了脈沖性激勵(lì)信號指數(shù)時(shí)輸出與該指數(shù)對應(yīng)的脈沖性激勵(lì)信號；固定激勵(lì)信號選擇器根據(jù)分離的選擇狀態(tài)指數(shù)選擇噪音碼表和脈沖碼表的激勵(lì)信號；頻率特性操作器將從該固定激勵(lì)信號選擇器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號變換為具有與原聲音信號相似的頻率特性；增益碼表輸出與從自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號和從頻率特性操作器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號對應(yīng)的、由從聲音功率反量化器輸出的反量化功率和分離的激勵(lì)增益確定的激勵(lì)增益；加法器將從經(jīng)過增益控制的自適應(yīng)碼表輸出的自適應(yīng)激勵(lì)信號和從頻率特性操作器輸出的噪音性激勵(lì)信號或脈沖性激勵(lì)信號進(jìn)行加法運(yùn)算，形成最終的激勵(lì)信號；再生聲音信號形成器根據(jù)從聲道信息再生器輸出的LPC系數(shù)和從加法器輸出的最終的激勵(lì)信號形成再生聲音信號。
3.一種代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，其特征在于在至少具有自適應(yīng)碼表的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器中，具有指數(shù)變換器，在指示了音調(diào)控制模式時(shí)，該指數(shù)變換器將按照自適應(yīng)碼表確定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)變換為固定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)，并供給編碼聲音信號形成器，以使編碼聲音信號中含有固定的自適應(yīng)激勵(lì)信號。
4.一種代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，其特征在于在至少具有自適應(yīng)碼表的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，具有指數(shù)變換器，在指示了音調(diào)控制模式時(shí)，該指數(shù)變換器將按照將編碼聲音信號分離后得到的自適應(yīng)碼表確定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)，變換為固定的自適應(yīng)激勵(lì)信號指數(shù)并供給自適應(yīng)碼表。
5.一種代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器，其特征在于在按照代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼方式對輸入的原聲音信號進(jìn)行編碼的代碼激勵(lì)線性預(yù)測編碼器中，具有再生速度控制器，在指示了再生速度控制模式時(shí)，該再生速度控制器根據(jù)指示的變倍率和原聲音信號具有的周期性，對原聲音信號進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理并供給編碼處理器。
6.一種代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，其特征在于在具有根據(jù)輸入的編碼聲音信號形成激勵(lì)信號的激勵(lì)信號再生器，根據(jù)輸入的編碼聲音信號形成聲道預(yù)測系數(shù)的聲道信息再生器和根據(jù)激勵(lì)信號再生器的激勵(lì)信號和聲道信息再生器的聲道預(yù)測系數(shù)形成再生聲音信號的再生聲音信號形成器的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，具有再生速度控制器，在指示了再生速度控制模式時(shí)，該再生速度控制器根據(jù)指示的變倍率和激勵(lì)信號具有的周期性對激勵(lì)信號再生器的激勵(lì)信號進(jìn)行間抽或內(nèi)插處理，并供給再生聲音信號形成器。
7.一種代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器，其特征在于在具有根據(jù)輸入的編碼聲音信號形成激勵(lì)信號的激勵(lì)信號再生器、根據(jù)輸入的編碼聲音信號形成聲道預(yù)測系數(shù)的聲道信息再生器和根據(jù)激勵(lì)信號再生器的激勵(lì)信號和聲道信息再生器的聲道預(yù)測系數(shù)形成再生聲音信號的再生聲音信號形成器的代碼激勵(lì)線性預(yù)測譯碼器中，在再生聲音信號形成器的后級設(shè)有向再生聲音信號中加進(jìn)白色噪音的白色噪音添加器。
全文摘要
目的旨在在低編碼速度下也可以得到高品質(zhì)的再生聲音信號。將包含在編碼聲音信號中的聲道預(yù)測信號取為LSP系數(shù)。選擇使用雜音碼表106和脈沖性碼表107，在該選擇激勵(lì)信號ec中反映出原聲音信號S的頻率特性。根據(jù)聲音功率P對自適應(yīng)激勵(lì)信號ea和選擇激勵(lì)信號ev進(jìn)行增益控制。
文檔編號G10L19/14GK1132423SQ95119729
公開日1996年10月2日 申請日期1995年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月22日
發(fā)明者青柳弘美, 有山義博, 細(xì)田賢一郎 申請人:沖電氣工業(yè)株式會社