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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sprachkodierer und
insbesondere auf ein neues Codebook-Suchverfahren und -System zum
Verbessern der Leistungsfähigkeit
eines Sprachkodierers mit Kode-erregter linearer Vorhersage (CELP
= Code Excited Linear Prediction).
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Ein
Sprachkodierer verringert die Datenmenge, die für die Unterstützung einer
Kommunikation erforderlich ist, durch Übertragung eines Restsignals anstelle
eines vollständigen
eingegebenen Sprachsignals, wobei das Restsignal einem Differenzwert
zwischen einem Vorhersagesignal, das aus früherer Information abgeleitet
ist, und einem originalen Eingangssignal entspricht.
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Es
ist möglich,
einen eingegebenen Sprachsignaltastwert s(n) während eines Zeitintervalls
n von zwischen 30 ms und 40 ms vorherzusagen, indem vorangehende
Spracheingangssignaltastwerte mit s(n – 1), s(n – 2), ... verwendet werden.
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Die
vorhergesagten Sprachsignale, die unter Verwendung vorangehender
Sprachsignaltastwerte abgeleitet werden, lassen sich entsprechend
der Gleichung 1 ausdrücken: s'(n)
= a1s(n – 1) + a2s(n – 2) + a3s(n – 3)
+ ...... + a10s(n – 10)
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Als
Ergebnis kann s'(n)
gerade durch Übertragung
der obigen Koeffizienten rekonstruiert werden, anstelle vollständige Sprachsignale übertragen zu
müssen.
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Ein
lineares Vorhersagekoeffizienten-(LPC-)Filter wird zur Bestimmung
der obigen Koeffizienten verwendet. Das LPC-Filter, auch Spektrumfilter
genannt, verwendet eine Autokorrelationstechnik, um LPC-Koeffizienten
bis zu einer Größenordnung
von zehn für
eine Zeitvariable n zu bestimmen.
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Das
mit dem o. g. Verfahren vorhergesagte s'(n) ist jedoch nicht vollständig identisch
mit dem ursprünglichen
Signal, und die Sprachtonhöhe
ist unvorhersagbar.
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Es
wird eine Tonhöhenanalyse
ausgeführt, um
Information über
die Tonhöhenperiode
entsprechend einer lang dauernden Korrelation des Sprachsignals
zu erhalten.
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Da
Tonhöhenperioden
von Sprache variabel sind und unter Verwendung eines Codebooks modelliert
werden, kann die entsprechende Stimmlagenperiode aus dem Codebook
durch Übertragung
des Index für
das Codebook gefunden werden.
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Ein
Tonhöhenfilter
entfernt die Korrelation auf der Grundlage der Tonhöhenperiode
von Sprachschall vom Restsignal, das durch das LPC-Filter gefiltert
wurde.
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Die
ursprüngliche
Sprache kann unter Verwendung des sich endlich ergebenden Restsignals, die
LPC-Koeffizienten und die Tonhöhenfilterparameter
rekonstruiert werden.
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Die
LPC-Koeffizienten und die Tonhöhenfilterparameter
sind so bestimmt, dass das Fehlersignal minimiert wird, das das
eingegebene Sprachsignal verwendet.
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Die
ermittelten LPC-Koeffizienten, Tonhöhenparameter und Restsignale
müssen
für die
digitale Übertragung
quantisiert werden.
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Sprachkodierer
werden nach der Quantisierung der Restsignale unterschieden.
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Ein
CELP-Sprachkodierer verwendet ein Codebook, um ein Restsignal zu
quantisieren. Mit anderen Worten, der CELP-Sprachkodierer wählt das
Signal, das dem Restsignal am nächsten
liegt, aus vorbereiteten Codebook-Sequenzen und überträgt den Codebook-Index der gewählten Codebook-Sequenz zu
einem Empfänger.
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Wenn
der Empfänger
das gleiche Codebook verwendet, erhält der Empfänger das Restsignal durch Verwendung
des übertragenen
Index.
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Der
CELP-Sprachkodierer ist so eingerichtet, dass er ein Signal erzeugt,
um eine gegebene Wiedergabetreueforderung von Signalen optimiert, indem
erregte Eingangssignale, die in einem Codebook gespeichert sind,
durch zwei zeitveränderliche lineare
rekursive Filter, wie ein Tonhöhenfilter
und ein LPC-Filter, leitet.
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Um
die Wiedergabetreue zweier Signale zu ermitteln, werden quadratische
Fehlermittelwerte der zwei Signale verglichen. Der CELP-Sprachkodierer erzielt
Sprache hoher Qualität
durch Verwendung einer Analyse-durch-Synthese, wobei ein eingegebenes
Sprachsignal analysiert und mit synthetisierten Signalen unter Verwendung
vorbestimmter Parameter verglichen wird.
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Die
Analyse-durch-Synthese umfasst das Berechnen eines synthetisierten
Sprachsignals über jede
aller möglichen
Codebook-Erregungssequenzen und schließlich das Auswählen des
synthetisierten Sprachsignals, das dem ursprünglichen Sprachsignal am nächsten kommt.
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Im
Allgemeinen wird ein eingegebenes Sprachsignal in Unterrahmen unterteilt,
von denen jeder aus 20 Tastwerten besteht (ein Tastwert wird alle
0,125 ms erzeugt). Eine optimale Codebook-Erregungsfrequenz wird pro Unterrahmen
gewählt.
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Zusammen
mit einer Codeword-Erregungssequenz, die zu Synthetisierung eines
Signals erforderlich ist, wird auch ein quantisierter Codebook-Gewinn,
der zur Rekonstruktion eines Signals erforderlich ist, aus dem Codebook
gewählt.
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Ein
Tonhöhensignal
wird durch Multiplizieren eines durch Verwendung eines Index ausgewählten Kodeworts
mit dem quantisierten Codebook-Gewinn gebildet, der ebenfalls unter
Verwendung eines Index gewählt
wird.
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Die Übertragungsfunktion
jedes Filters und die Suchstrategie nach Codebook-Erregungsfrequenzen
und Codebook-Gewinnen sind bei einem Sprachkodierer zum Kodieren
eines Sprachsignals, wie oben beschrieben, wichtig.
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Eine
Codebook-Gewinnsuche, die für
jeden Sprachsignaltastwert ausgeführt werden muss, erfordert
umfangreiche Rechenarbeit.
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1 ist ein Diagramm, das
eine Codebook-Suchmethode und ein System nach dem Stand der Technik
darstellt. Es wird angenommen, dass die Übertragungs- oder charakteristischen
Funktionen eines LPC-Filters, eines Tonhöhenfilters und eines Gewichtungsfilters
mit 1/A(z), 1/P(z) bzw. 1/W(z) vor dem Auswählen eines Codebooks bestimmt
werden.
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Wie
in 1 beschrieben, enthält das Codebook-Suchsystem
Einrichtungen zum Ausgeben einer Null-Eingabe-Antwort von einem
Tonhöhenfilter (S110);
zum Empfangen des Ausgangs vom Tonhöhenfilter und zum Vorhersagen
(S120) eines Sprachsignaltastwerts unter Verwendung eines LPC-Filters; zum
Empfangen eines Werts an einem gewichtenden Filter (130), der durch
Abziehen eines von einem LPC-Filter (120) vorhergesagten Sprachsignals
vom eingegebenen Sprachsignal erzeugt wird; zum Empfangen an einem
LPC-Filter (150) des Produkts aller Codebook-Frequenzen, bestimmt
von allen Codebook-Indizes, und aller quantisierten Gewinne; zum Auswählen einer
optimalen Codebook-Sequenz und quantisierten Gewinns unter Verwendung
eines Signals, das durch Subtrahieren des Ausgangs des LPC-Filters
von einem Aus gangszielsignal (1), das vom gewichtenden
Filter (130) ausgegeben wird, unter Verwendung eines Wählers für einen
minimalen mittleren Signalfehler.
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Zunächst kann
man aus 2 entnehmen, dass
das Tonhöhenfilter
im Schritt S110 eine Null-Eingangs-Antwort
erzeugt, die als eine Eingabe an einem LPC-Filter (120) verwendet
wird. Nach Abziehen eines Ausgangssignals des LPC-Filters 120 vom
eingegebenen Sprachsignal erzeugt ein gewichtendes Filter (S130)
ein Zielsignal (1) unter Verwendung des Ergebnisses der
Subtraktion. Ein LPC-Filter erzeugt dann (S150) ein Ausgangssignal
(2) durch Filtern aller möglichen Codebook-Sequenzen und
aller quantisierten Gewinne, die gewählt worden sind, unter Verwendung
entsprechender Codebook-Indizes.
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Eine
Codebook-Sequenz und ein quantisierter Gewinn werden so gewählt, dass
ein quadratischer Fehlermittelwert zwischen dem Zielsignal (1) und
dem Ausgangssignal (2) minimal wird.
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Ein
solcher Vorgang wird für
jeden der Unterrahmen ausgeführt,
und die Optimierung der Codebook-Sequenz und des Codebook-Gewinns
wird auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Zielsignal (1)
für einen
Unterrahmen und einem Ausgangssignal (2) ausgeführt.
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Somit
müssen
die Prozedur zum Bestimmen einer optimalen Codebook-Sequenz und
quantisierten Gewinn für
jeden Unterrahmen durchgeführt
werden.
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Wie
oben beschrieben wird eine Codebook-Sequenz unabhängig für jeden
Unterrahmen mittels Optimierung innerhalb jeden Unterrahmens bestimmt.
Das eingegebene Sprachsignal für
einen laufenden Unterrahmen wird dann geliefert, und alle frühere Information
wird als Anfangswerte eines jeden Filters zur Verfügung gestellt
ohne oder bevor eine Codebook-Suche durchgeführt wird.
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Eine
Codebook-Suche wird jedoch ohne jegliche Information über den
nächsten
eingegebenen Sprachsignaltastwert ausgeführt. In einem Sprach-variablen
Bereich, das ist eine Periode, innerhalb der sich ein Sprachsignal
signifikant ändert (um
ein vorherbestimmbares Ausmaß),
und insbesondere in einem Übergangsbereich,
beispielsweise einer Periode, über
die sich ein Sprachsignal plötzlich ändert, garantiert
eine Optimierung innerhalb eines kurzzeitigen Unterrahmens keine
Auswahl einer optimalen Codebook-Sequenz.
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Ein
Problem unabhängiger
Optimierung für jeden
Unterrahmen besteht auch darin, dass Eigenschaften eines Signals
an den Grenzen zwischen Unterrahmen weniger genau wiedergegeben oder
modelliert werden. Je kürzer
der Unterrahmen ist, um so größer ist
das Grenzproblem zwischen Unterrahmen.
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EP-A-09
573 398 (Hughes Aircraft Co.) vom 08. Dezember 1993 und Mano K et "4,8 kbit/s delayed
decision CELP coder using tree coding" ICASSP '90, Band 1, 3–6 April 1990, Seiten 21–24, XP002164738
beschreiben CELP-Kodierer auf der Grundlage verzögerter Entscheidung, bei der
eine Anzahl in Frage kommender Erregungen für einen Unterrahmen für jeden
in Frage kommenden der vorangehenden Unterrahmen berechnet werden.
Die möglichen
Kombinationen in Frage kommender Erregungen über die Unterrahmen werden
dann beschnitten, um einen verminderten Teilsatz von Kombinationen
entsprechend einem globalen Kriterium (auf Rahmenbasis) auszuwählen.
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Ein
CELP-Standardsprachkodierer nach dem Stand der Technik, der in einem Übertragungssystem
verwendet wird, ergibt aus den obigen Gründen synthetisierte Sprache
geringer Qualität
und bietet dementsprechend schlechten Service für das Übertragungssystem.
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Es
ist jedoch ein großer
Einsatz an Geld und Zeit erforderlich, um einen neuen Standard-Sprachkodierer einzustellen,
weil eine große
Zahl mobiler Stationen und Basisstationssysteme bereits den bekannten
Sprachkodierer zur Schaffung zellularer Kommunikationsdienste verwendet.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Problem des Standes
der Technik wenigstens zu erleichtern.
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Dementsprechend
gibt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Sprachkodierung an, das die folgenden Schritte umfasst:
Berechnen
eines Zielsignals für
ein Fenster, wobei das Fenster einen ersten Unterrahmen und einen zweiten
Unterrahmen umfasst;
Bestimmen K optimaler in Frage kommender
Codebook-Sequenzen und K optimaler in Frage kommender Codebook-Gewinne
für den
ersten Unterrahmen aus dem Zielsignal, allen Codebook-Indizes und
allen optimalen Codebook-Gewinnen;
Berechnung von K Zielsignalen
für den
zweiten Unterrahmen aus dem Zielsignal und der optimalen in Frage
kommenden Codebook-Sequenz und den optimalen in Frage kommenden
Codebook-Gewinnen für
den ersten Unterrahmen;
Bestimmen L optimaler in Frage kommender
Codebook-Sequenzen und L optimaler in Frage kommender Codebook-Gewinne
für den
zweiten Unterrahmen aus jedem der K Zielsignale für den zweiten
Unterrahmen, um so K × L
Codebook-Sequenz-Codebook-Gewinnpaare zu erzeugen;
Auswählen einer
optimalen Codebook-Sequenz und eines optimalen Codebook-Gewinns
jeweils für
die zwei Unterrahmen aus dem Zielsignal für das Fenster;
Auswählen optimaler
in Frage kommender Gewinne und aller möglichen quantisierten Gewinne
für den ersten
Unterrahmen; und
Auswählen
eines optimalen Codebooks und optimaler in Frage kommender Codebook-Gewinne
für den zweiten
Unterrahmen.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt einen Vocoder an,
der enthält:
eine Einrichtung zum Berechnen eines Zielsignals für ein Fenster,
wobei das Fenster einen ersten Unterrahmen und einen zweiten Unterrahmen
enthält,
eine Einrichtung zum Bestimmung K optimaler in Frage kommender Codebook-Sequenzen
und K optimaler in Frage kommender Codebook-Gewinne für den ersten Unterrahmen aus
dem Zielsignal, allen Codebook-Indizes und allen optimalen Codebook-Gewinnen,
eine Einrichtung zum Berechnen von K Zielsignalen für den zweiten
Unterrahmen aus dem Zielsignal und der optimalen in Frage kommende
Codebook-Sequenz und
den optimalen in Frage kommenden Codebook-Gewinnen für den ersten
Unterrahmen, eine Einrichtung zum Bestimmen L optimaler in Frage kommender
Codebook-Sequenzen und L optimaler in Frage kommender Codebook-Gewinne
für den zweiten
Unterrahmen aus jedem der K Signalsignal für den zweiten Unterrahmen,
um so K × L
Codebook-Sequenz-Codebook-Gewinn-Paare
zu erzeugen, eine Einrichtung zum Auswählen jeweils einer optimalen
Codebook-Sequenz und eines optimalen Codebook-Gewinns für die zwei
Unterrahmen aus dem Zielsignal für
das Fenster, eine Einrichtung zum Auswählen optimaler in Frage kommender
Gewinne und aller möglichen
quantisierten Gewinne für
den ersten Unterrahmen, und eine Einrichtung zum Auswählen eines
optimalen Codebooks und optimaler in Frage kommender Codebook-Gewinne
für den
zweiten Unterrahmen.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gibt ein Verfahren zum Verbessern der
Leistung eines Sprachkodierers an, umfassend die Schritte: Berechnen
eines Zielsignals für
ein Fenster, Bestimmen K in Frage kommender optimaler Codebooks
und in Frage kommender Codebook-Gewinne für einen ersten Unterrahmen
aus dem Zielsignal für ein
Fenster, allen Codebook-Indizes und allen optimalen Codebook-Gewinne,
Berechnen von K Zielsignalen für
einen zweiten Unterrahmen aus dem Zielsignal für ein Fenster und den in Frage
kommenden optimalen Codebooks und den in Frage kommenden optimalen
Codebook-Gewinnen für
einen ersten Unterrahmen, Bestimmen von L in Frage kommenden optimalen
Codebooks und in Frage kommenden optimalen Codebook-Gewinnen für einen
zweiten Unterrahmen aus dem Zielsignal für einen zweiten Unterrahmen
und der in Frage kommenden optimalen Codebooks und in Frage kommenden
optimalen Codebook-Gewinnen für
einen ersten Unterrahmen, und Auswählen eines optimalen Codebooks
und optimalen Codebook-Gewinns für
die zwei Unterrahmen jeweils aus dem Zielsignal für ein Fenster,
den in Frage kommenden optimalen Gewinnen und allen möglichen
quantisierten Gewinnen für
den ersten Unterrahmen und dem optimalen Codebook und in Frage kommenden
optimalen Codebook-Gewinnen für
den zweiten Unterrahmen.
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In
vorteilhafter Weise gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Ausführen
einer Optimierung innerhalb zweier aufeinander folgender Unterrahmen,
vorzugsweise gleichzeitig, an. Insbesondere sucht das Verfahren
nach Codebooks durch Verwendung von Information über einen nächst eingegebenen Sprachsignaltastwert.
Ein CELP-Sprachkodierer gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist mit einem konventionellen CELP-Sprachkodierer kompatibel
und verbessert die Sprachqualität
durch Veränderung
der Software des konventionellen CELP-Sprachkodierers.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
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1 und 2 ein bekannte Codebook-Suchverfahren;
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3 und 4 ein Codebook-Suchverfahren gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 und 6 ein optimales Codebook-Suchverfahren über einen
ersten Unterrahmen;
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7 und 8 ein Verfahren zum Berechnen eines Zielsignals
für einen
zweiten Unterrahmen;
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9 und 10 ein optimales Codebook-Suchverfahren über einen
zweiten Unterrahmen; und
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11 und 12 ein optimales Codebook- und ein quantisiertes
Gewinnsuchverfahren gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Ein
Verfahren der vorliegenden Erfindung verbessert die Sprachqualität unter
Verwendung einer Codebook-Suche, die Information über die nächste Eingabe
und eine simultane Optimierung innerhalb zweier aufeinander folgender
Unterrahmen verwendet. Diese Verbesserung der Qualität synthetisierter
Sprache wird durch eine Codebook-Suche über ein breiteres Sprachband
erreicht.
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Außerdem gibt
die vorliegende Erfindung zwei Verfahren für eine simultane Optimierung
zweier aufeinander folgender Unterrahmen an: eines dient der Verminderung
des Rechenaufwandes und das andere dient der variablen Einstellung
des Rechenaufwandes.
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Zwei
aufeinander folgende Unterrahmen, über die eine Codebook-Suche
ausgeführt
wird, werden als ein Fenster definiert. Lc ist ein Zeitintervall
eines Unterrahmens, und ein Index einer Zeitachse, die von 0 bis
2Lc – 1
läuft.
Ein erster Unterrahmen entspricht 0, 1, ..., Lc – 1, und ein zweiter Unterrahmen
entspricht Lc, Lc + 1, ..., 2Lc – 1. K in Frage kommender optimaler
Codebook-Sequenzen für
einen ersten Unterrahmen werden innerhalb eines jeden Fensters ausgewählt, und
L in Frage kommender optimaler Codebook-Sequenzen für einen
zweiten Unterrahmen werden für
jede von K bestimmten in Frage kommenden Codebook-Sequenzen ausgewählt. Als
Ergebnis werden K × L
Kombinationen gewählt.
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Eine
Suche nach allen möglichen
quantisierten Codebook-Gewinnen entsprechend der gewählten K × L Kombination
wird für
das Fenster ausgeführt,
und optimale Codebook-Sequenz-Kombinationen
und der entsprechende quantisierte Gewinn werden entsprechend bestimmt.
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3 und 4 zeigen ein Codebook-Suchverfahren gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Wie beschrieben, umfasst das Verfahren die
Schritte:
im Schritt S210 Berechnen eines Zielsignals (11)
für ein
Fenster, wobei das Fenster einen ersten und einen zweiten Unterrahmen
enthält;
im
Schritt S220 Bestimmen K in Frage kommender optimaler Codebook-Sequenzen
(21) und in Frage kommender optimaler Codebook-Gewinne
(22) für den
ersten Unterrahmen aus dem Zielsignal (11) für das Fenster
aus allen Codebook-Indizes und allen optimalen Codebook-Gewinnen
(220);
im Schritt S230 Berechnung von K Zielsignalen (31) für einen
zweiten Unterrahmen auf der Grundlage des Zielsignals (11)
des Fensters und der in Frage kommenden Codebook-Sequenzen (21)
und der in Frage kommenden Codebook-Gewinne (22) für den ersten
Unterrahmen;
im Schritt S240 Bestimmen von L in Frage kommender
Codebook-Sequenzen (41) und in Frage kommender Codebook-Gewinne
(42) für
den zweiten Unterrahmen aus jedem der K Zielsignale (31)
für den zweiten
Unterrahmen und die in Frage kommenden optimalen Codebooks (21)
und in Frage kommenden optimalen Codebook-Gewinne (22)
für den
ersten Unterrahmen, um K × L
Codebook-Sequenz-Codebook-Gewinn-Paare zu erzeugen; und
Schritt
S250 Auswählen
eines optimalen Codebooks (51) (52) und optimalen
Codebook-Gewinns (53) (54) jeweils für die zwei
Unterrahmen aus den K × L
Codebook-Sequenz-Codebook-Gewinn-Paaren
entsprechend vorbestimmter Kriterien. Vorzugsweise enthalten die
vorbestimmten Kriterien die Minimierung der unten beschriebenen
Gleichung 2.
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Man
kann sehen, dass L Paare von Codebook-Sequenzen und -Gewinnen für jedes
der K Zielsignale 31 für
einen zweiten Unterrahmen berechnet werden, d. h. für jedes
der K Codebook-Sequenz-Codebook-Gewinn-Paare
für den
ersten Unterrahmen.
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Eine
Codebook-Suchtechnik wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erläutert.
Ein Tonhöhenfilter
erzeugt eine Null-Eingabe-Antwort, die als eine Eingabe in ein LPC-Filter
verwendet wird, und das LPC-Filter erzeugt ein LPC-gefiltertes Ausgangssignal
in der gleichen Weise, wie in dem in 1 gezeigten
bekannten System.
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Ein
Subtrahierer subtrahiert den Ausgang des LPC-Filters von einem Sprachsignal
entsprechend zwei Unterrahmen, und der subtrahierte Ausgang wird
von einem Gewichtungsfilter dazu verwendet, ein Zielsignal für ein Fenster
zu liefern.
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Es
Zielsignal für
ein Fenster wird für
die optimale Codebook-Suche nach einem ersten Unterrahmen verwendet.
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5 und 6 zeigen ein Codebook-Suchverfahren nach
einem ersten Unterrahmen gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie in den 5 und 6 gezeigt,
empfängt
im Schritt S140 ein LPC-Filter alle möglichen Codebooks und Codebook-Gewinne
und erzeugt im Schritt S150 entsprechende gefilterte Ausgabesignale.
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Ein
Subtrahierer berechnet im Schritt S152 einen Differenzwert zwischen
einem Zielsignal (11) für
ein Fenster und den entsprechenden gefilterten Ausgabesignalen,
und ein quadratischer Mittelwertfehlerwähler wählt in den Schritten S160,
S222 und S224 eine in Frage kommende Codebook-Sequenz (21)
und einen in Frage kommenden Codebook-Gewinn (22), um den
quadratischen Mittelwertfehler zu minimieren. Dieses schließt den Optimierungsprozess
für den
ersten Unterrahmen ab.
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Der
obige Vorgang bestimmt K in Frage kommende optimale Codebook-Sequenzen
und K in Frage kommende optimale Codebook-Gewinne für den ersten
Unterrahmen.
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Für gewählte K Paare
in Frage kommender Codebook-Sequenzen und in Frage kommender Codebook-Gewinne
wird ein Zielsignal entsprechend jedem zweiten Unterrahmen berechnet.
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7 und 8 zeigen ein Berechnungsverfahren für einen
zweiten Unterrahmen. Wie dargestellt umfasst das Verfahren für jede in
Frage kommende Codebook-Sequenz die Erzeugung eines Signals, das
die in Frage kommende Codebook-Sequenz und mehrere Nullen enthält, so dass
die Nullen an diskreten Zeitstellen, Lc, Lc + 1, ..., 2Lc – 1 entsprechend einem
zweiten Unterrahmen liegen, im Schritt S232 für jede der in Frage kommenden
Codebook-Sequenzen für
einen ersten, im Schritt 220 gewählten Unterrahmen,
und es wird ein Ausgangssignal erzeugt, indem im Schritt S236 die
obigen Signale durch ein Tonhöhenfilter
und im Schritt S236 durch ein LPC-Filter geleitet werden. Dabei werden
alle Anfangswerte des Tonhöhenfilters
und des LPC-Filters auf "0" gesetzt und gefiltert.
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Im
Schritt S238 multipliziert ein Multiplizierer das Ausgangssignal
mit einem in Frage kommenden optimalen Codebook-Gewinn für den ersten
Unterrahmen. Im Schritt S239 subtrahiert ein Subtrahierer das obige
Ergebnis von dem Zielsignal und erzeugt ein Zielsignal für einen
zweiten Unterrahmen.
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9 und 10 zeigen ein optimales Codebook-Suchverfahren
für einen
zweiten Unterrahmen. Ein LPC-Filter empfängt im Schritt S150 alle möglichen
Codebook-Sequenzen und Codebook-Gewinne und
erzeugt entsprechende gefilterte Ausgangssignale.
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Im
Schritt S152 berechnet ein Subtrahierer Differenzwerte zwischen
den entsprechenden gefilterten Ausgangssignalen und jedem der K
Zielsignale für
den zweiten Unterrahmen, und ein Wähler für einen minimalen quadratischen
Mittelwertfehler wählt im
Schritt S160 das subtrahierte Signal, das den minimalen quadratischen
Mittelwertfehler hat. Eine in Frage kommende Codebook-Sequenz (41)
und ein Frage kommender Codebook-Gewinn (42) werden in den Schritten
S222 und S224 für
den zweiten Unterrahmen entsprechend dem gewählten subtrahierten Signal,
das einen minimalen quadratischen Mittelwertfehler hat, gewählt.
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Dann
wird eine Zeitachse von 0 bis Lc – 1 entsprechend einem ersten
Unterrahmen an jedem der in Frage kommenden Codebooks (41)
auf "0" gesetzt.
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Schließlich wird
eine Suche nach optimaler Codebook-Sequenz (51) (52)
und optimaler Codebook-Gewinne (53) (54) für die zwei
Unterrahmen ausgeführt,
indem das in Frage kommende Codebook (41) für den zweiten
Unterrahmen, in Frage kommende Codebook-Gewinne (42) und
weitere Information ausgenutzt wird.
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11 und 12 zeigen ein Optimal-Codebook-Sequenz-
und Optimal-Codebook-Gewinn-Suchverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In Frage kommende Codebook-Sequenzen
(41) für
einen zweiten Unterrahmen werden im Schritt S234 durch ein Tonhöhenfilter
und im Schritt S236 ein LPC-Filter gefiltert. Ein Multiplizierer
multipliziert im Schritt S237 das gefilterte Ausgangssignal (55)
mit allen Codebook-Gewinnen Gq2b für den zweiten
Unterrahmen und erzeugt ein Ausgangssignal (56).
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Ein
Multiplizierer multipliziert im Schritt S239 das Ausgangssignal
(32) von Schritt S230 mit allen möglichen quantisierten Gewinnen
Gq1a für
den ersten Unterrahmen. Das Ergebnis wird im Schritt S241 zum Signal
(56) hinzuaddiert, um ein Ausgangssignal (57)
zu erzeugen.
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Ein
Subtrahierer berechnet im Schritt S243 einen Differenzwert zwischen
einem Zielsignal für das
Fenster (11) und dem Ausgangssignal (57), und ein
Wähler
für quadratischen
Mittelwertfehler wählt
in den Schritt S160 und S252 Sequenz-Codebooks (51) (52)
und Gewinne (53) (54) um den quadratischen Fehlermittelwert
zwischen dem Zielsignal und dem Ausgangssignal zu minimieren.
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Die
Werte von k, j, a und b werden bestimmt, um die Wertegleichung 2
zu minimieren, wobei die Gleichung 2 ist:
wobei n diskrete Zeittastwerte
bezeichnet, die von 0 bis 2Lc – 1
laufen;
x(n) ein Zielsignal für ein Fenster bezeichnet;
U
k(n) die k-te in Frage kommende optimale
Codebook-Sequenz für
den ersten Unterrahmen bezeichnet;
Z
j(n)
die j-te in Frage kommende optimale Codebook-Sequenz für den zweiten
Unterrahmen bezeichnet;
Gq1
a die a-ten
quantisierten, in Frage kommenden Codebook-Gewinne für einen
ersten Unterrahmen bezeichnet; und
Gq2
b die
b-ten quantisierten, in Frage kommenden Codebook-Gewinne für einen
zweiten Unterrahmen bezeichnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
quantisiert die vorliegende Erfindung gleichzeitig zwei Gewinne
pro Fenster, das aus zwei Unterrahmen besteht, während eine bekannte Quantisierung
auf Basis eines einzelnen Unterrahmens ausgeführt wird. Bei dem Verfahren
zur Minimierung von Gleichung 2 werden also alle möglichen
quantisierten Gewinne nicht gesucht, d. h. alle Werte von a und
b von k bzw. j werden nicht gesucht, sondern nur quantisierte Gewinne,
die das gleiche positive oder negative Vorzeichen haben, werden
als in Frage kommende optimale Gewinne für jedes Codebook (22)
und (42) gesucht. Wenn beispielsweise ein optimaler Gewinn
für ein
Codebook des ersten Unterrahmens positiv ist, wird eine Suche in
Beziehung auf lediglich positive Gewinne aller Gq2a-Werte
durchgeführt.
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Dieses
Verfahren vermindert die Suchzeit auf ¼ derjenigen nach dem Stand
der Technik, wo Durchsuchungen nach allen optimalen Gewinnen ausgeführt werden.
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Das
Verfahren nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bestimmt zunächst
K und L Codebooks für
einen ersten Unterrahmen und einen zweiten Unterrahmen innerhalb
eines Fensters und wählt
später
eine optimale Kombination aus K × L Kombinationen. Da die Suchzeit
somit von K und L abhängt,
stellt die vorliegende Erfindung die Suchzeit pro Rahmen durch Variation
von K und L ein.
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Der
CELP-Sprachkodierer der vorliegenden Erfindung ist mit einem früheren Standardkodierer kompatibel
und verbessert die Sprachqualität
ohne algorithmische Verzögerung.
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Während die
Erfindung für
zahlreiche Modifikationen und alternative Ausführungsformen geeignet ist,
sind spezielle Ausführungsformen
beispielhaft in den Zeichnungen und in der Beschreibung gezeigt worden.
Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die speziellen, dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist,
sondern beabsichtigt ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen
abzudecken, die in den Geist und Umfang der Erfindung fallen, wie
sie durch die anhängenden Ansprüche definiert
ist.
