DE69938020T2

DE69938020T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Vektorquantisierung

Info

Publication number: DE69938020T2
Application number: DE69938020T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Minato-ku Amada; Katsumi Minato-ku Tsuchiya
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2019-04-21
Also published as: EP0952572B1; EP0952572A2; US6385575B1; EP0952572A3; DE69938020D1; JP3842432B2; JPH11308113A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zum Quantisieren eines linearen voraussagenden Koeffizienten in der Sprachcodierung benutztes Vektorquantisierungsverfahren, und genauer auf ein Vektorquantisierungsverfahren mit Beschränkungen auf Quantisierungsvektoren.
Es ist eine Technik bekannt gewesen zum Ausführen von linearer Vorhersageanalyse von Sprache, Zerlegen der Analyseergebnisse in ein residuales bzw. Restsignal und einen linearen voraussagenden Koeffizienten, der eine ein Spektrum Einhüllende darstellt, und Verarbeiten derselben. Ein CELP (Englisch: Code Excited Linear Prediction, durch einen Code angeregte, lineare Vorhersage) Schema, das kürzlich in den Gebieten der Sprachcodierung ausführlich untersucht worden ist, beruht ebenfalls auf der linearen Vorhersageanalyse. Ein linearer, voraussagender Koeffizient und ein residuales Signal werden durch VQ (Vektorquantisierung) quantisiert. In dem CELP Schema wird der lineare, voraussagende Koeffizient häufig in einen LSP (Linien-Spektren-Paar) Parameter umgeformt und dann quantisiert. Nach einem der Gründe dafür kann die Stabilität eines Synthesefilters leicht diskriminiert bzw. unterschieden werden.
In dem CELP Schema ist das Synthesefilter an der Basis des LSP Parameters auf der decodierenden Seite angeordnet. Das quantisierte residuale Signal wird durch das Synthesefilter hindurch gereicht, um decodierte Sprache zu erzeugen. Aus diesem Grund, außer wenn das Synthesefilter stabil ist, oszilliert die decodierte Sprache, so dass die Sprachqualität stark verschlechtert wird.
Es ist wohl bekannt, dass das Synthesefilter stabil ist, wenn ein durch eine lineare Vorhersageanalyse vom Grad 2 erzielter LSP Parameter W = {W₁, W₂, ..., W_p} die folgende Bedingung erfüllt: 0 < W1 < W2 < ... < Wp < π (1).
Die Größenordnung der Komponenten des durch die Bedingung (1) dargestellten LSP Parameters (im Folgenden als eine LSP Parameterreihenfolge bezeichnet) wird überprüft, um es leicht zu ermöglichen, die Stabilität des Synthesefilters zu bestimmen.
Wenn ein Intervall zwischen den Parameterkomponenten W₁, W₂, ..., W_p abnimmt, obwohl die Reihenfolge der LSP Parameter nicht umgekehrt ist, wird das Synthesefilter abrupt instabil. Das Quantisieren der Komponenten des LSP Parameters mit kleinen Intervallen muss mit Sorgfalt geschehen. Kleine, durch die Komponenten des LSP Parameters mit kleinen Intervallen erzeugten Quantisierungsfehler beeinflussen die Stabilität des Synthesefilters stark.
Um das obige Problem zu lösen, wird herkömmlicherweise ein vorbestimmter Wert D für ein Intervall zwischen den benachbarten LSP Parameterkomponenten definiert. Wenn das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des quantisierten LSP Parameters kleiner als der vorbestimmte Wert D ist, dann wird eine geeignete Gegenmaßnahme ausgeführt. U.S. Patent Nr. 2,659,605 (Referenz 1) beschreibt ein Verfahren zum Ausführen einer Korrekturverarbeitung, zum Vergrößern eines kleinen Intervalls zwischen den benachbarten Komponenten, um den vorbestimmten Wert D sicherzustellen. Dieses Verfahren ist einfach und leicht, jedoch wird die Störung durch die Korrekturverarbeitung bei der Quantisierung nicht ausgewertet.
Die Japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichung Nr. 6-120841 (Referenz 2) und EP 0 577 488 offenbaren eine Technik zum Lösen des obigen Problems. In Referenz 2 wird für einen jeweiligen aus einem Codebuch erhaltenen, quantisierten LSP Parameter eine Stabilitätsüberprüfung und, falls erforderlich, eine Korrekturverarbeitung ausgeführt. Der Abstand wird zwischen dem korrigierten, quantisierten LSP Parameter und dem eingegebenen LSP Parameterwert berechnet. Mit dieser Technik kann die durch die Korrekturverarbeitung erzeugte Störung in der Quantisierungsstörung mit aufgenommen sein und dann ausgewertet werden, wodurch die Quantisierungseffizienz verbessert wird. Nach diesem Verfahren vergrößert sich jedoch der Berechnungsaufwand, weil die Stabilitätsüberprüfung für alle quantisierten LSP Parameter innerhalb der Suchschleife des Codebuchs ausgeführt werden muss.
Wie oben beschrieben, wenn eine Beschränkung, wie etwa die LSP Parameterreihenfolge oder der Abstand zwischen benachbarten Komponenten, dem Quantisierungsvektor auferlegt wird, dann muss überprüft werden, ob der Quantisierungsvektor die Beschränkung nach der Quantisierung oder innerhalb der Suchschleifen des Codebuchs erfüllt, um die Stabilität des Synthesefilters sicher zu stellen. Diese Überprüfung muss in wünschenswerter Weise mit einem kleineren Berechnungsaufwand ausgeführt werden. Insbesondere wächst der Berechnungsaufwand mit einer Zunahme der Anzahl von Kandidaten des Codebuchs in der Überprüfung innerhalb der Suchschleife. Ein kleiner Unterschied im Berechnungsaufwand wird zu einem großen Unterschied als ein Ganzes. Eine Verringerung des Berechnungsaufwands in der Überprüfung ist ein wichtiges Problem. Nach dem herkömmlichen Verfahren ist es jedoch wie oben beschrieben schwierig zu überprüfen, ob der Quantisierungsvektor die Beschränkung mit einem kleinen Berechnungsaufwand erfüllt.
Beim Quantisieren eines LSP Parameters im Rahmen einer nicht-linearen Transformation, wie etwa einer logarithmi schen Transformation, ist es schwierig, das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten im transformierten Bereich zu berechnen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vektorquantisierungsvorrichtung bereit zu stellen, die in der Lage ist, einen eine Beschränkung in einem kleineren Berechnungsaufwand erfüllenden Quantisierungsvektor effizient zu erlangen und ein Vektorquantisierungsverfahren dafür.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vektorquantisierungsvorrichtung bereitgestellt die folgendes umfasst: ein Codebuch, das eine Vielzahl von Codevektoren speichert; Beschränkungsaufhebungsmittel zum Aufheben einer vorbestimmten Beschränkung, die einem quantisierten Vektor aus einer der vorbestimmten Randbedingung ausgesetzten und von einem Eingabeanschluss eingegebenen Eingabevektoreingabe auferlegt ist, wobei das Beschränkungsaufhebungsmittel dazu ausgebildet ist, eine Transformation F auf den Eingabevektor anzuwenden und dadurch einen von der vorbestimmten Beschränkung befreiten Zielvektor zu erzeugen; Fehlerberechnungsmittel zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem Zielvektor und einem aus dem Codebuch extrahierten Codevektor; und ein Fehlerauswertemittel zum Auswerten dieses Fehlers, Auswählen aus dem Codebuch eines Codevektors, der einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zum Annähern an den Zielvektor enthält, und Ausgeben eines den Codevektor repräsentierenden Index.
Nach einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vektorquantisierungsvorrichtung bereit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie folgendes umfasst: ein Codebuch, das eine Vielzahl von Codevektoren speichert, und ein Beschränkungshinzufügungsmittel zum Hinzufügen der durch ein Beschränkungsaufhebungsmittel aufgehobenen Beschränkung zu dem aus dem Codebuch extrahierten Codevektor in Überein stimmung mit einem von einem Eingabeanschluss eingegebenen Index, um den quantisierten Vektor zu erzeugen, wobei die Beschränkung eine Beschränkung ist, die von den Beschränkungsaufhebungsmitteln durch Anwenden einer Transformation F aufgehoben worden ist, und wobei das Beschränkungshinzufügungsmittel dazu ausgebildet ist, eine inverse Transformation F^–1 auf den Codevektor anzuwenden, um den quantisierten Vektor zu erzeugen.
In einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Vektorquantisierungsverfahren bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte enthält: Aufheben einer Beschränkung auf einem quantisierten Vektor eines Eingabevektors aus dem Eingabeanschluss, wobei der Eingabevektor der Beschränkung unterliegt und das Aufheben der Beschränkung dadurch ausgeführt wird, dass auf dem Eingabevektor eine Transformation F ausgeführt wird, wobei ein von der Beschränkung befreiter Zielvektor erzeugt wird; Auswählen aus einem Codebuch von zumindest einem Codevektor, der einen ersten Quantisierungsvektor zum Annähern des Zielvektors enthält; und Hinzufügen einer Beschränkung auf den ersten Quantisierungsvektor durch Anwenden einer inversen Transformation F^–1 und dabei Erzeugen eines eine vorbestimmte Beschränkung erfüllenden, zweiten Quantisierungsvektors.
Folglich wird ein Vektorquantisierungsverfahren bereitgestellt, das umfasst: Quantisieren eines Eingangsvektors beim geeigneten, im voraus ausgeführten Transformieren des Eingabevektors auf einer codierten Seite, und Transformieren eines Decodierergebnisses in einer inversen Weise für die Transformation des Eingangsvektors, um einen eine Beschränkung erfüllenden Quantisierungsvektor zu erhalten, und dabei Verringern des Berechnungsaufwands, wie mit dem herkömmlichen Fall zu vergleichen ist.
Insbesondere wird auf der Codierseite ein Eingabevektor mit einer vorbestimmten Transformationsfunktion transformiert, um einen Zielvektor zu erzeugen. Mindestens ein Codevektor bildet einen diesen Zielvektor annähernden ersten Quantisierungsvektor, wird aus dem Codebuch ausgewählt und ein den ausgewählten Codevektor darstellender Index wird ausgegeben. Die Transformationsfunktion transformiert den ersten Quantisierungsvektor in einer inversen Weise, um die Transformation des Eingangsvektors, um einen eine vorbestimmte Beschränkung erfüllenden, zweiten Quantisierungsvektor zu erzeugen.
Die decodierende Seite empfängt den mindestens einen Codevektor repräsentierenden Index, der den ersten Quantisierungsvektor bildet, welcher Quantisierungsvektor den durch Transformieren des Eingangsvektors mit der vorbestimmten Transformationsfunktion erzeugten Zielvektor annähert. Dieser Codevektor wird aus einem Codebuch extrahiert. Der den Codevektor bildende, erste Quantisierungsvektor wird in einer inversen Weise bezüglich der Transformationsfunktion transformiert, um den zweiten Quantisierungsvektor zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass die Transformationsfunktion so entworfen ist, dass es dem zweiten Quantisierungsvektor möglich ist, die vorbestimmte Beschränkung zu erfüllen.
Das Vektorquantisierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für eine LSP Parametervektorquantisierung nützlich. Beim Quantisieren eines LSP Parametervektors dient ein LSP Parameter als ein Eingabevektor an der codierenden Seite. Ein eine vorbestimmte Beschränkung darstellender Beschränkungsvektor wird von dem Eingabevektor subtrahiert, um einen Zielvektor zu erzeugen. Mindestens ein Codevektor, der einen ersten Quantisierungsvektor mit einem minimalen Fehler in Bezug auf den Zielvektor aufweist, wird aus einem Codebuch ausgewählt. Ein Index, der den ausgewählten Codevektor repräsentiert, wird ausgegeben.
Es ist anzumerken, dass der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des einen zweiten Quantisierungsvektor bildenden, quantisierten LSP Parameters einen vorbestimmten Wert oder mehr aufweist, wobei der Quantisierungsvektor durch Synthesisieren des ersten Quantisierungsvektors und des Beschränkungsvektors erzeugt worden ist.
Die decodierende Seite empfängt den mindestens einen Codevektor darstellenden Index, wobei der Codevektor den ersten Quantisierungsvektor mit dem minimalen Fehler in Bezug auf den Zielvektor bildet, welcher Zielvektor durch Subtrahieren des Beschränkungsvektors erhalten worden ist, welcher Beschränkungsvektor die vorbestimmte Beschränkung bezüglich des aus dem LSP Parameter abgeleiteten Eingangsvektors darstellt. Dieser Codevektor wird aus einem Codebuch extrahiert. Der Beschränkungsvektor wird zu dem aus diesem Codevektor abgeleiteten ersten Quantisierungsvektor addiert, um den zweiten Quantisierungsvektor zu erzeugen. Es ist zu beachten, dass der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des den zweiten Quantisierungsvektor bildenden, quantisierten LSP Parameters der vorbestimmte Wert oder mehr ist.
Das Vektorquantisierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist auch auf auf einen LPC Parameter voraussagende Codierung anwendbar. In diesem Fall dient ein LSP Parameter an der codierenden Seite als ein Eingabevektor. Ein eine vorbestimmte Beschränkung repräsentierender Beschränkungsvektor wird von dem Eingangsvektor subtrahiert, um einen Zielvektor zu erzeugen. Gleichzeitig wird ein voraussagender Vektor erzeugt unter Benutzung eines Vektors, der durch Subtrahieren des Beschränkungsvektors von einem vorhergehenden Quantisierungsvektor erhalten wird. Mindestens ein Codevektor, der mit diesem voraussagenden Vektor synthetisiert ist und der einen ersten Quantisierungsvektor mit ei nem minimalen Fehler in Bezug auf den Zielvektor bildet, wird aus einem Codebuch ausgewählt. Ein diesen Codevektor repräsentierender Index wird ausgegeben. Es ist anzumerken, dass in derselben Weise wie oben beschrieben der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des quantisierten LSP Parameters, der den durch Zusammensetzen des ersten Quantisierungsvektor und des Beschränkungsvektors erzeugten, zweiten Quantisierungsvektor bildet, ein vorbestimmter Wert oder mehr ist.
Die decodierende Seite empfängt den mindestens einen den ersten Quantisierungsvektor mit dem minimalen Fehler in Bezug auf den Zielvektor bildenden Codevektor repräsentierenden Index, wobei der Zielvektor durch Subtrahieren des die vorbestimmte Beschränkung darstellenden Beschränkungsvektors von dem aus dem LSP Parameter abgeleiteten Eingabevektor erzeugt wird. Dieser Codevektor wird aus einem Codebuch extrahiert und gleichzeitig wird der voraussagende Vektor unter Benutzung des durch Subtrahieren des Beschränkungsvektors von dem letzten bzw. vergangenen quantisierten Vektor erhaltenen Vektors erzeugt. Der erste Quantisierungsvektor wird erzeugt, indem dieser Codevektor und der voraussagende Vektor synthetisiert werden. Der erste Quantisierungsvektor und der Beschränkungsvektor werden synthetisiert, um den zweiten Quantisierungsvektor zu erzeugen. Es ist anzumerken, dass in derselben Weise wie oben beschrieben der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des den zweiten Quantisierungsvektor bildenden, quantisierten LSP Parameters den vorbestimmten Wert oder mehr aufweist.
Folglich dient ein LSP Parameter als ein Eingabevektor an der codierenden Seite. Ein eine vorbestimmte Beschränkung darstellender Beschränkungsvektor wird von diesem Eingabevektor subtrahiert. Die Differenz wird nicht-linear trans formiert, um einen Zielvektor zu erzeugen. Der Beschränkungsvektor wird von einem letzten bzw. vergangenen quantisierten Vektor subtrahiert. Die Differenz wird nicht-linear transformiert, um einen voraussagenden Vektor zu erzeugen. Mindestens ein Codevektor, der mit diesem voraussagenden Vektor synthetisiert worden ist und einen ersten Quantisierungsvektor mit einem minimalen Fehler in Bezug auf den Zielvektor bildet, wird aus einem Codebuch ausgewählt. Ein diesen Codevektor repräsentierender Index wird ausgegeben. Es ist anzumerken, dass in derselben Weise wie oben beschrieben der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des den durch Zusammensetzen des ersten Quantisierungsvektors und des Beschränkungsvektors erzeugten, zweiten Quantisierungsvektor bildenden, quantisierten LSP Parameters ein vorbestimmter Wert oder mehr ist.
Die decodierende Seite empfängt den mindestens einen den ersten Quantisierungsvektor mit dem minimalen Fehler in Bezug auf den Zielvektor bildenden Codevektor repräsentierenden Index, wobei der Zielvektor durch Subtrahieren des die vorbestimmte Beschränkung darstellenden Beschränkungsvektors von dem Eingabevektor, der aus dem LSP Parameter abgeleitet worden ist, und nicht-lineares Transformieren der Differenz erzeugt worden ist. Dieser Codevektor wird aus einem Codebuch extrahiert und gleichzeitig wird der voraussagende Vektor erzeugt unter Benutzung des Vektors, der durch Subtrahieren des Beschränkungsvektors von dem letzten quantisierten Vektor, und nicht-lineares Transfomieren der Differenz erhalten worden ist. Der erste Quantisierungsvektor wird erzeugt, indem dieser Codevektor und der voraussagende Vektor zusammengesetzt und dann einer nicht-linearen inversen Transformation ausgesetzt werden, und dann werden der erste Quantisierungsvektor und der Beschränkungsvektor synthetisiert, um den zweiten Quantisierungsvektor zu erzeugen. Es sei angemerkt, dass in derselben Weise wie oben beschrieben der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des den zweiten Quantisierungsvektor bildenden quantisierten LSP Parameters den vorbestimmten Wert oder mehr aufweist.
Wie oben beschrieben, wird nach der vorliegenden Erfindung der Eingabevektor transformiert, um beim Codieren die vorbestimmte Beschränkung von dem Quantisierungsvektor aufzuheben. Beim Decodieren des Quantisierungsvektors wird der Quantisierungsvektor decodiert und dann in einer inversen Weise transformiert, um den Eingabevektor beim Codieren zu transformieren, um den die Beschränkung erfüllenden Quantisierungsvektor zu erzeugen. Ob der Quantisierungsvektor die Beschränkung erfüllt, kann mit einem geringen Berechnungsaufwand überprüft werden.
Genauer gesagt, wenn eine Quantisierung des LSP Parametervektors in Betracht gezogen wird, muss zusätzlich zu der Bedingung der LSP Parameterreihenfolge die Beschränkung vom Erhalten des Intervalls zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters auf den vorbestimmten Wert dem Quantisierungs-LSP Vektor auferlegt werden, um die Stabilität des Synthesefilters sicherzustellen. Der Berechnungsaufwand, der zum Überprüfen, ob die letztere Bedingung erfüllt ist, erforderlich ist, wird ein wichtiges Problem. Nach der vorliegenden Erfindung kann diese Überprüfung ausgeführt werden, indem die Größen der benachbarten Komponenten verglichen werden, wodurch der Berechnungsaufwand stark verringert wird.
Beim Quantisieren des LSP Parameters im Rahmen von dessen nicht-linearer Transformation, wie etwa einer logarithmischen Transformation, wird die Beschränkung vor der Transformation subtrahiert, wodurch die Berechnung für das Intervall des transformierten LSP Parameters bei der Quantisierung eliminiert wird.
Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht notwendigerweise alle erforderlichen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
Die Erfindung kann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung zusammengenommen mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden werden, wobei für die Zeichnungen gilt:
1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Codierers in einer Vektorquantisierungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Codierverarbeitungssequenz nach der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Decodierers in der Vektorquantisierungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Decodierverarbeitungssequenz nach der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Codierers in einer Vektorquantisierungsvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Decodierers in der Vektorquantisierungsvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Codierers in einer Vektorquantisierungsvorrichtung nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Decodierers in der Vektorquantisierungsvorrichtung nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Codierers in einer Vektorquantisierungsvorrichtung nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Decodierers in der Vektorquantisierungsvorrichtung nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Schaubild zum Erläutern der nicht-linearen Transformation des LSP Parameters der vierten Ausführungsform; und
12 ist ein Graph zum Erläutern eines Effekts, der durch Kombinieren der Beschränkung und der nicht-linearen Transformation des LSP Parameters, wie nach der vierten Ausführungsform erläutert, erhalten wird.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
Nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird diese mit Verweis auf die 1 bis 4 beschrieben.
1 zeigt den Aufbau eines Codierers in einer Vektorquantisierungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform. Dieser Codierer umfasst ein Codebuch 101, das eine Vielzahl von Codevektoren speichert; einen Beschränkungsaufhebungsabschnitt 104 zum Aufheben einer vorbestimmten Beschränkung, die aus einem an einem Eingangsanschluss 103 eingegebenen Eingabevektor X einem Quantisierungsvektor auferlegt ist, um einen Zielvektor F(x) zu erzeugen; einen Subtrahierer 106 zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem Zielvektor F(x) und einem aus dem Codebuch 101 extrahierten Codevektor y[i]; und einem Fehlerauswertungsabschnitt 107 zum Auswerten dieses Fehlers, Auswählen aus dem Codebuch 101 eines Codevektors y[i], der einen quantisierten Vektor (im Folgenden als einen nicht beschränkten Quantisierungsvektor bezeichnet) zum Annähern des Zielvektors F(x), d. h. einen optimalen Codevektor, bildet, und Ausgeben eines den Codevektor y[i] repräsentierenden Index i.
Wenn in dem Codierer ein quantisierter Vektor angefordert wird, ist ein Beschränkungshinzufügungsabschnitt 108 dazu ausgebildet, die durch den Beschränkungsaufhebungsabschnitt 104 aufgehobene Beschränkung dem Codevektor y[i] hinzuzufügen, um den quantisierten Vektor zu erhalten.
Die Codierungsverarbeitungssequenz des in 1 gezeigten Codierers wird mit Hilfe des Ablaufdiagramms der 2 erläutert.
Der Beschränkungsaufhebungsabschnitt 104 transformiert den Eingabevektor x unter Benutzung einer Transformationsfunktion F zum Aufheben der dem quantisierten Vektor auferlegten Beschränkung, um den Zielvektor F(x) zu erzeugen (Schritt S11).
Der Fehlerberechnungsabschnitt 107 berechnet alle Fehler zwischen dem Zielvektor F(x) und den in dem Codebuch 101 gespeicherten, i-ten Codevektoren y[i] (Schritt S12).
Der Fehlerberechnungsabschnitt 107 gibt einen Index i des Codevektors y[i] als den minimalen, im Schritt S12 berechneten Fehler aus (Schritt S13). Dieser Index i wird über einen Übertragungspfad oder ein Speichermedium zu dem Decodierer übertragen.
3 zeigt den Aufbau eines Decodierers in der Vektorquantisierungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform. Dieser Decodierer umfasst ein Codebuch 201, das eine Vielzahl von Codevektoren speichert, und einen Beschränkungshinzufügungsabschnitt 208 zum Hinzufügen der durch den Beschränkungsaufhebungsabschnitt 104 in 1 aufgehobenen Beschränkung an den aus dem Codebuch 201 in Übereinstimmung mit dem aus einem Eingangsanschluss 200 eingegebenen Index i extrahierten Codevektor y[i], um dabei einen quantisierten Vektor zu erzeugen. Das Codebuch 201 ist identisch zu dem Codebuch 101 in dem in 1 gezeigten Codierer.
Die Decodierverarbeitungssequenz des in 3 gezeigten Decodierers wird mit Verweis auf das Ablaufdiagramm in 4 beschrieben.
Der Decodierer empfängt den aus dem Codierer in 1 übertragenen Index i. Ein diesem Index i entsprechender Codevektor y[i] wird aus dem Codebuch 201 extrahiert (Schritt S21).
Der Codevektor y[i] wird unter Benutzung einer Funktion F^–1 transformiert, um die Beschränkung, die eine inverse Funktion der Transformationsfunktion F zum Aufheben der Beschränkung ist, hinzuzufügen. Ein die Beschränkung erfüllender, quantisierter Vektor x' = F^–1 (y[i]) wird als ein decodierter Vektor erhalten.
In dieser Ausführungsform wird nur ein Codebuch benutzt. Wenn eine Vielzahl von Codebüchern benutzt wird, dann werden aus den entsprechenden Codebüchern extrahierte Codevektoren addiert, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erzeugen. Dann wird der Fehler zwischen den nicht beschränkten, quantisierten Vektoren und dem Zielvektor berechnet.
Mit dem obigen Aufbau kann nach dem Vektorquantisierungsverfahren in dieser Ausführungsform der die Beschränkung erfüllende, quantisierte Vektor mit einem kleinen Berechnungsaufwand erhalten werden. Diese Wirkung wird ausführli cher mit Verweis auf die unten zu beschreibende, zweite Ausführungsform beschrieben.
(Zweite Ausführungsform)
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Verweis auf die 5 und 6 beschrieben.
5 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Codierers in einer Vektorquantisierungsvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform zeigt. Dieser Codierer umfasst ein erstes und zweites Codebuch 301 und 302, die jeweils eine Vielzahl von Codevektoren speichern; einen Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304 zum Aufheben einer Beschränkung von einem aus einem Eingangsanschluss 303 eingegebenen Eingabevektor, um einen Zielvektor zu erzeugen; einen Addierer 305 zum Addieren von aus dem ersten und zweiten Codebuch 301 und 302 extrahierten Codevektoren, um einen quantisierten Vektor (nicht beschränkten, quantisierten Vektor) zu erhalten, um den Zielvektor anzunähern; einen Subtrahierer 306, um einen Fehlers zwischen dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor und dem Zielvektor zu erhalten; einer Fehlerauswertungsabschnitt 307 zum Auswerten bzw. Bestimmen dieses Fehlers, Auswählen einer optimalen Kombination von Codevektoren und Ausgeben eines die optimale Kombination von Codevektoren darstellenden Index, und einen Beschränkungshinzufügungsabschnitt 308 zum Hinzufügen der Beschränkung auf den nicht beschränkten, quantisierten Vektor, um einen quantisierten Vektor auszugeben. Es ist zu beachten, dass der Beschränkungshinzufügungsabschnitt 308 ausgelassen werden kann, wenn in dem Codierer kein quantisierter Vektor benutzt wird.
Ein LSP Parameter wird dem Eingangsanschluss 303 als ein Eingabevektor eingegeben. Dieser LSP Parameter wird dem Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304 eingegeben. Der Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304 hebt die dem quantisierten LSP Parameter aufgelegte Beschränkung auf, d. h. die Beschränkung, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des quantisierten LSP Parameters ein vorbestimmter Wert D oder mehr ist.
Ein der Beschränkung enthobener LSP Parameter wird als ein Zielvektor verwendet, um die Quantisierung auszuführen. In dieser Ausführungsform wird eine zweistufige Vektorquantisierung ausgeführt. In der zweistufigen Vektorquantisierung addiert der Addierer 305 aus dem ersten und zweiten Codebuch 301 und 302 extrahierten Codevektoren, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erzeugen. Der Subtrahierer 306 berechnet einen Fehler bzw. eine Abweichung zwischen dem Zielvektor und dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor. Der Fehlerauswertungsabschnitt 307 durchsucht das erste und zweite Codebuch 301 und 302 nach einer Kombination von Codevektoren, um den Fehler zu minimieren. Indizes, die diese Codevektoren repräsentieren, werden ausgegeben. Diese Indizes werden über einen Übertragungspfad oder ein Speichermedium (nicht gezeigt) zu dem Decodierer übertragen.
6 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Decodierers in der Vektorquantisierungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform zeigt. Dieser Decodierer umfasst ein erstes und ein zweites Codebuch 401 und 402, die jeweils eine Vielzahl von Codevektoren speichern; einen Addierer 405 zum Addieren von aus dem ersten und zweiten Codebuch 401 und 402 gemäß den aus dem Eingangsanschluss 400 eingegebenen Indizes extrahierten Codevektoren, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erhalten; und einen Beschränkungshinzufügungsabschnitt 408 zum Hinzufügen einer Beschränkung auf den nicht beschränkten, quantisierten Vektor, um einen quantisierten Vektor zu erzeugen.
Die aus dem Codierer in 5 übertragenen Indizes werden dem Eingangsanschluss 400 eingegeben. Codevektoren die jeweils diesen Indizes entsprechen, werden aus den Codebüchern 401 und 402 extrahiert. Der Addierer 405 addiert die extrahierten Codevektoren, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erzeugen. Dieser nicht beschränkte, quantisierte Vektor wird dem Beschränkungshinzufügungsabschnitt 408 eingegeben. Der Beschränkungshinzufügungsabschnitt 408 fügt die durch den Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304 in 5 aufgehobene Beschränkung dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu, um einen quantisierten Vektor zu erzeugen. Genauer gesagt vergrößert der Beschränkungshinzufügungsabschnitt 408 das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des nicht beschränkten, quantisierten Vektors um D.
Mit dem obigen Aufbau wird das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters als der Eingabevektor um D verringert, und das Intervall wird nach der Quantisierung um D vergrößert. Die Beschränkung, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des quantisierten LSP Parameters größer als D ist, braucht bei der Quantisierung nicht in Betracht gezogen werden. Wenn die Beschränkung in den Suchschleifen der Codebücher 401 und 402 überprüft wird, kann insbesondere der Berechnungsaufwand stark verringert werden.
Als ein ausführliches Beispiel dieser Ausführungsform wird die zweistufige Vektorquantisierung eines LSP Parameters w = {w₁, w₂, ..., w_p}, die durch eine lineare Vorhersageanalyse vom Grade p des Eingabevektors erhalten wird, nachfolgend in Einzelheiten beschrieben.
Ein quantisierter LSP Parameter w' wird als ein quantisierter Vektor unter Benutzung eines Codevektors der ersten Stufe w'_a(i) und einem Codevektor der zweiten Stufe w'b(j) ausgedrückt werden, wie folgt ausgedrückt: w' = w'a(i) + w'b(j); w' = {w'1, W'2, ..., w'p} (2)
Zusätzlich zu der Bedingung bezüglich Reihenfolge (1) muss der LSP Parameter w die Beschränkung aufweisen, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters ein vorbestimmtes Intervall D oder mehr ist, wie folgt: wi+1 – wi > D (3)
Bei der Durchsuchung des Codebuchs nach einem herkömmlichen Vektorquantisierungsverfahren wird eine Kombination von Codevektoren w'_a(i) und w'_b(j) mit einem minimalen Fehler bzw. einer minimalen Abweichung in Bezug auf den LSP Eingabeparameters w aus den Codebüchern ausgewählt und i und j werden als Indizes ausgegeben. Der quantisierte LSP Parameter wird als w' = w'_a(i) + w'_b(j) erhalten. Es sollte angemerkt werden, dass in Abhängigkeit von einer Kombination der Codevektoren w'_a(i) und w'_b(j) die Bedingung (3) nicht gelten kann.
Dies tritt in einer einstufigen Vektorquantisierung nicht auf. Die Codebücher werden im Vorhinein so entworfen, dass sie die Bedingung (3) erfüllen. In der zweistufigen Vektorquantisierung ist es jedoch schwierig, die Codebücher zu entwerfen, dass bewirkt wird, dass eine Kombination von zwei Vektoren die Bedingung (3) erfüllt. In dem herkömmlichen Verfahren muss innerhalb der Quantisierungschleife oder nach der Quantisierung überprüft werden, ob die Bedin gung (3) zutrifft. Der gesamte Berechnungsaufwand für diese Überprüfung ist die Summe einer Subtraktion und eines Vergleiches für ein jeweiliges Paar von benachbarten Komponenten des quantisierten LSP Parameters gemäß der Bedingung (3).
Im Gegensatz dazu wird in dieser Ausführungsform der Eingabevektor x unter Anwendung der folgenden Transformationsfunktion transformiert: F(x) = x – d x = {x1, x2, x} d = {0, D, 2D, ..., (p – 1)D} (4)und der nicht beschränkte Quantisierungsvektor wird unter Benutzung der Funktion F^–1(x), die wie folgt gegeben ist, invers transformiert: F–1(x) = x + d (5)
In diesem Fall ist F(x) die Funktion des Verringerns des Intervalls zwischen den benachbarten Komponenten des Eingabevektors x um D und wird in dem Beschränkungsaufhebungsabschnitt 104 in 1 verwendet (Beschränkungsaufhebungsschritt S11 in 2). F^–1(x) ist die Funktion des Vergrößerns des Intervalls zwischen den benachbarten Komponenten des nicht beschränkten, quantisierten Vektors um D und wird in dem Beschränkungshinzufügungsabschnitt 208 in 3 verwendet (Beschränkungshinzufügungsschritt S22 in 4). d ist der Beschränkungsvektor, der erhalten wird, indem die Beschränkung mit Hilfe eines Vektors ausgedrückt wird.
Das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des als ein Eingabevektor dienenden LSP Parameters w, wird unter Anwendung der Funktion F(x) um D verringert. Nach der Quantisierung wird das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des nicht beschränkten, quantisierten Vektors unter Anwendung der Funktion F^–1(x) um D vergrößert. Die Beschränkung, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des als der quantisierte Vektor dienenden, quantisierten LSP Parameters größer als D ist, kann aus dem Prozess eliminiert werden, was das charakteristische Merkmal dieser Ausführungsform ist.
Beim Codieren benutzt der Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304 die Funktion F, um den als den Eingabevektor zu dem Eingangsanschluss 303 dienenden LSP Parameter w zu transformieren. Der Fehlerauswertungsabschnitt 307 wählt Codevektoren y'_a(i) und y'_b(j) als eine Kombination aus, um einen Fehler zwischen dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor aus dem Addierer 305 und dem durch die obige Transformation erzeugten Zielvektor F(w) zu minimieren. Der Fehlerauswertungsabschnitt 307 gibt i und j als Indizes aus.
Beim Decodieren werden Codevektoren y'_a(i) und y'_b(j) entsprechend der aus dem Eingangsanschluss 400 eingegebenen Indizes i und j aus den Codebüchern 401 und 402 extrahiert. Der Addierer 405 addiert die extrahierten Codevektoren wie folgt: y' = y'a(i) + y'b(j) y' = {y'1, y'2, ..., y'p}, (6)wobei ein nicht beschränkter, quantisierter Vektor y' erhalten wird. Der Beschränkungsaufhebungsabschnitt 408 transformiert diesen nicht beschränkten, quantisierten Vektor durch die inverse Transformation F^–1, um den quantisierten LSP Parameter w' wie folgt zu erhalten: w' = F–1 (y') = y' + d (7)
Wie oben beschrieben, wird nach dieser Ausführungsform der durch Subtrahieren des Beschränkungsvektors w von dem Eingabevektor w erhaltenen Vektor F(w) als der Zielvektor definiert, und der Zielvektor wird quantisiert. Dies ist die größte Unterscheidung in Bezug auf die herkömmlichen Verfahren. Mit dem obigen Aufbau kann mit einem kleinen Berechnungsaufwand überprüft werden, ob der quantisierte Vektor die Beschränkung erfüllt.
Genauer gesagt, muss das herkömmliche Verfahren überprüfen, ob die Bedingung (3) erfüllt ist. Dass die Bedingung (3) erfüllt ist, dient dazu, die folgende Bedingung in dieser Ausführungsform zu erfüllen: y'i+1 > y' (8)
Das heißt, dass nur ein Vergleich ausgeführt wird, um zu überprüfen, ob die Bedingung (8) erfüllt ist. Der Berechnungsaufwand wird im Vergleich zu der Überprüfung der Bedingung (3) auf eine Subtraktion verringert.
Wie oben beschrieben kann nach dieser Ausführungsform für ein jeweiliges Paar von benachbarten Komponenten beim Überprüfen des Intervalls zwischen den benachbarten Komponenten des quantisierten LSP Parameters auf eine Subtraktion verringert werden. Zusätzlich ist die Verringerung des Berechnungsaufwands größer als bei der Durchsuchungschleife für das Codebuch. Ein LSP Parameter ist normalerweise in etwa 20 bis 30 Bits quantisiert. Bei einer 20-Bit-Vektorquantisierung (10 Bits für die erste Stufe und 10 Bits für die zweite Stufe) wird, nachdem die Suche nach der ersten Stufe abgeschlossen ist, die Suche nach der zweiten Stufe begonnen. In der Suche nach der zweiten Stufe müssen die Bedingungen (3) und (8) nach den herkömmlichen Verfahren und nach der vorliegenden Erfindung jeweils überprüft werden. Ein Kandidat, der die Bedingung nicht erfüllt, kann von den Kandidaten (nicht beschränkte, quantisierte Vektoren wie oben beschrieben) ausgeschlossen oder korrigiert werden, um die Bedingung zu erfüllen, und die Suche wird fortgesetzt.
Beispielsweise weist ein 10-dimensionaler LSP Parameter neun Paare von benachbarten Komponenten auf. Ein 10-Bit Codebuch (1.024 Kandidaten) erfordert 9.216 (= 9 × 1.024) Überprüfungsvorgänge. In dieser Ausführungsform ist der Berechnungsaufwand für ein jeweiliges Paar von benachbarten Komponenten des LSP Parameters im Vergleich mit dem oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren um Eins verringert. Daher wird der Berechnungsaufwand insgesamt um etwa 10.000 Überprüfungsvorgänge verringert, was einen großen Effekt bewirkt.
Um den Berechnungsaufwand zu verringern, kann die Überprüfung am Ende der Durchsuchung des Codebuchs ausgeführt werden, anstatt dass die Überprüfung innerhalb der Durchsuchungsschleife für das Codebuch ausgeführt wird. In diesem Fall muss, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist, ein vorhergehender Quantisierungswert benutzt werden, oder es muss ein Quantisierungswert korrigiert werden. Der in der Transformationsfunktion F benutzte Wert d ist nicht auf das durch die Gleichung (4) definierte beschränkt. Unterschiedliche Werte können durch einen Einfluss auf die Sprachqualität oder ein Codierverfahren in Einheiten von Dimensionen benutzt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Verweis auf die 7 und 8 beschrieben.
7 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Codierers in einer Vektorquantisierungsvorrichtung zeigt. Die gleichen Bezugszeichen wie in 7 bezeichnen die gleichen Teile in 5, und es werden hauptsächlich die Unterschiede in Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben. Der Codierer der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der zweiten Ausführungsform dadurch, dass in 5 das erste und zweite Codebuch 301 und 302 ausgelassen sind, und dass in 7 ein Codebuch 311, ein Verzögerungsabschnitt 312 und ein Vorhersageabschnitt 313 angeordnet ist.
Die dritte Ausführungsform ist ein Beispiel für eine einen LSP Parameter voraussagende Codierung. Eine voraussagende Codierung sagt, basiert auf einem vorhergehenden, quantisierten LSP Parameter, einen aktuellen LSP Parameter vorher und quantisiert die Differenz zu dem aktuellen LSP Parameter, und überträgt das Quantisierungsergebnis. Das folgende voraussagende Codieren wird in 7 ausgeführt.
Eine Ausgabe aus dem Addierer 305 wird dem Vorhersageabschnitt 313 über den Verzögerungsabschnitt 312 eingegeben. Der Vorhersageabschnitt 313 erzeugt den Vorhersagewert für den derzeitigen LSP Parameter. Der Addierer 305 addiert den Vorhersagewert zu einem jeweiligen aus einem eine Vielzahl von Codevektoren speichernde Codebuch 311, extrahierten Codevektor, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erzeugen. Ein Subtrahierer 306 berechnet einen Fehler bzw. eine Abweichung zwischen dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor und dem Zielvektor als eine Ausgabe aus einem Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304. Ein Fehlerauswertungsabschnitt 307 durchsucht das Codebuch 311 nach ei nem Codevektor zum Minimalisieren des Fehlers und gibt einen diesen Codevektor repräsentierenden Index aus. Ein jeweiliger Index wird über einen Übertragungspfad oder ein Speichermedium (nicht gezeigt) zu dem Decodierer übertragen.
8 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Decodierers in der Vektorquantisierungsvorrichtung nach dieser Ausführungsform zeigt. Die gleichen Bezugszeichen wie in 6 bezeichnen die gleichen Teile in 8, und es werden hauptsächlich die Unterschiede in Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform dadurch, dass das erste und zweite Codebuch 401 und 402 in 6 ausgelassen sind, und dass ein Codebuch 411, ein Verzögerungsabschnitt 412 und ein Vorhersageabschnitt 413 angeordnet sind.
Der von dem Codierer in 7 übertragene Index wird einem Eingangsanschluss 400 eingegeben. Ein diesem Index entsprechender Codevektor wird aus dem eine Vielzahl von Codevektoren speichernden Codebuch 411 extrahiert. Ein Addierer 405 addiert diesen Codevektor zu einem von dem Vorhersageabschnitt 413 erhaltenen Vorhersagewert auf der Basis einer Ausgabe aus dem Verzögerungsabschnitt 412, um dabei einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erzeugen. Dieser, nicht beschränkte, quantisierte Vektor wird einen Beschränkungshinzufügungsabschnitt 408 eingegeben. Der Beschränkungshinzufügungsabschnitt 408 fügt die von dem Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304 in 7 aufgehobene Beschränkung dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor hinzu, um einen quantisierten Vektor zu erzeugen.
Wie oben beschrieben, ist diese Ausführungsform effektiv, selbst wenn der LSP Parameter vorhersagend codiert ist. Eine Vektorquantisierung kann ohne Betrachtung der Beschrän kung nach der zweiten Ausführungsform ausgeführt werden. In der dritten Ausführungsform ist die Anzahl der in den Verzögerungsabschnitten 312 und 412, d. h. der Grad der Vorhersage, nicht auf einen spezifischen Wert beschränkt. Wenn der Grad der Vorhersage zunimmt, kann die Quantisierungsgenauigkeit entsprechend verbessert werden. Diese Ausführungsform kann unabhängig vom Grad der Genauigkeit auf Vektoren angewendet werden. Beispiele des Vorhersageverfahrens sind ein MA (Englisch: Moving-Average Type, übersetzt: vom Typ mit beweglichem Mittelwert) Verfahren und jegliches anderes Verfahren zusätzlich zu dem in dieser Ausführungsform benutzten AR(Autoregressions-)Verfahren.
In dem Codierer (7) dieser Ausführungsform wird die Ausgabe aus dem Addierer 303 durch den Verzögerungsabschnitt 312 gehalten und dann dem Vorhersageabschnitt 313 eingegeben. Jedoch kann eine Ausgabe aus dem Beschränkungshinzufügungsabschnitt 308 von dem Verzögerungsabschnitt gehalten werden, die Beschränkung kann von der Ausgabe aus dem Verzögerungsabschnitt aufgehoben werden, und die von der Beschränkung enthobene Ausgabe kann dem Vorhersageabschnitt eingegeben werden. In dem Codierer kann zum Zweck der erleichterten Verarbeitung der vergangene bzw. letzte quantisierte Vektor, d. h. die Ausgabe aus dem Beschränkungshinzufügungsabschnitt 308, durch den Verzögerungsabschnitt gehalten werden. Anders als in der Ausführungsform, in der die Ausgabe aus dem Addierer 305 in dem Verzögerungsabschnitt 312 (Speicher) gespeichert wird, braucht nach diesem Verfahren ein extra bzw. zusätzlicher Speicher nicht hinzugefügt zu werden.
(Vierte Ausführungsform)
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Verweis auf die 9 und 10 beschrieben.
9 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Codierers in einer Vektorquantisierungsvorrichtung nach dieser vierten Ausführungsform beschreibt. Die gleichen Bezugszeichen wie in 7 bezeichnen die gleichen Teile in 9, und es werden hauptsächlich die Unterschiede in Bezug auf die dritte Ausführungsform erläutert. Der Codierer der vierten Ausführungsform ist im Wesentlichen der Gleiche wie der in 7, außer dass dem Codierer der 7 ein Transformationsabschnitt 321 und ein Abschnitt 322 für inverse Transformation hinzugefügt worden sind. Ein Beschränkungshinzufügungsabschnitt 308 kann ausgelassen werden, wenn in dem Codierer kein quantisierter Vektor benutzt wird, wie oben beschrieben. In diesem Fall wird der Abschnitt 322 für inverse Transformation ebenfalls ausgelassen.
Ein Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304 hebt die Beschränkung von einem aus einem Eingangsanschluss 303 eingegebenen Eingabevektor dienenden LSP Parameter auf. Das Intervall von den benachbarten Komponenten des von der Beschränkung enthobenen LSP Parameters ist um D verringert. Der Transformationsabschnitt 321 transformiert den von der Beschränkung enthobenen LSP Parameter nicht-linear in einen Zielvektor. Die nicht-lineare Transformation in dem Transformationsabschnitt 321 ist beispielsweise eine logarithmische Transformation, ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Ein Codevektor und ein Vorhersagevektor in den Transformationsbereichen werden jeweils aus einem Codebuch 311 und einem Vorhersageabschnitt 313 ausgegeben. Ein Addierer 305 addiert den Codevektor und den Vorhersagewert, um in dem Transformationsbereich einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erzeugen.
Ein Subtrahierer 306 berechnet einen Fehler bzw. eine Abweichung zwischen dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor und dem Zielvektor als die Ausgabe aus dem Transformationsabschnitt 321. Ein Fehlerauswertungsabschnitt 307 durchsucht das Codebuch 311 nach einem Codevektor zum Minimalisieren dieses Fehlers und gibt einen diesen Codevektor repräsentierenden Index aus. Ein jeweiliger Index wird über einen Übertragungspfad oder ein Speichermedium (nicht gezeigt) zu dem Decodierer übertragen.
10 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Decodierers in der Vektorquantisierungsvorrichtung nach der vierten Ausführungsform zeigt. Die gleichen Bezugszeichen wie in 8 bezeichnen die gleichen Teile in 10, und es werden hauptsächlich die Unterschiede in Bezug auf die dritte Ausführungsform erläutert. Der Decodierer dieser Ausführungsform ist im Wesentlichen der gleiche wie der in 8, außer dass dem Eingang des Beschränkungshinzufügungsabschnitts 408 des Decodierers der 8 ein Abschnitt 422 für inverse Transformationen hinzugefügt ist. Der Abschnitt 422 für inverse Transformationen ist identisch zu dem Abschnitt 322 für inverse Transformationen in 9. Der Abschnitt 422 für inverse Transformationen führt eine inverse Transformation, beispielsweise eine inverse logarithmische Transformation, aus, die invers zu der Transformation des Transformationsabschnitts 321 in 9 ist.
Wie in dieser Ausführungsform beschrieben, ist die vorliegende Erfindung auch in dem Transformationsbereich wirksam. Die Wirksamkeit wird nachfolgend beschrieben.
Es ist schwierig, in dem nichtlinearen Transformationsbereich der logarithmischen Transformation oder dergleichen die Beschränkung, dass das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters D oder mehr ist, zu erfüllen. Der Grund dafür wird mit Verweis auf 11 erläutert. Der LSP Parameter ist entlang der Abszisse in 11 abgetragen und der LSP Parameter in dem Transformationsbereich ist entlang der Ordinate abgetragen. Das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten, d. h. w_i und w_i+1, w'_i und w'_i+1 des LSP Parameters ist D. Die Intervalle zwischen den benachbarten Parametern in dem Transformationsbereich sind nicht gleich zueinander. Um den LSP Parameter in den Transformationsbereich zu quantisieren und das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters auf D oder mehr zu halten, müssen die Intervalle invers transformiert und ausgewertet werden. Dieser erfordert einen großen Berechnungsaufwand und ist nicht praktisch.
Im Gegenteil dazu verringert diese Ausführungsform des Beschränkungsaufhebungsabschnitts 304 das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters im Vorhinein um D, wie in 12 gezeigt. Ob sich die Reihenfolge in dem Transformationsbereich verändert, bestimmt, ob das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters D oder mehr ist.
Um das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters zu überprüfen, erfordert das herkömmliche Verfahren zusätzlich zu der Berechnung für die Bedingung (3) die inverse Transformation. Weil die inverse Transformation im Allgemeinen einen großen Berechnungsaufwand erfordert, nimmt der Berechnungsaufwand weiter in ungewünschter Weise zu. Im Gegenteil dazu wird in dieser Ausführungsform in dem Transformationsbereich nur die Überprüfung der Bedingung (8) ausgeführt.
Wie oben beschrieben, nach dieser Ausführungsform, weil der Beschränkungsaufhebungsabschnitt 304 das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des als der Eingabevektor dienende LSP Parameters im Vorhinein um D verringert, kann das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des LSP Parameters in vorteilhafterweise dadurch hergestellt werden, dass nur die durch die Bedingung (8) gegebene Ordnung bzw. Reihenfolge überprüft wird, selbst wenn die Quantisierung in dem Transformationsabschnitt 321 nach einer nichtlinearen Transformation, wie etwa einer logarithmischen Transformation, ausgeführt wird.
Nach der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, beim Decodieren des Eingabevektors der Eingabevektor transformiert, um die vorbestimmte Beschränkung von dem quantisierten Vektor aufzuheben, und dann wird der Eingabevektor quantisiert. Beim Decodieren wird, nachdem der quantisierte Vektor decodiert ist, der decodierte Vektor in einer zu der Transformation beim Codieren des Eingabevektors inversen Weise transformiert, um den die Beschränkung erfüllenden, quantisierten Vektor zu erzeugen. Ob der quantisierte Vektor die Beschränkung erfüllt, kann mit einem kleinen Berechnungsaufwand überprüft werden. Eine Vektorquantisierung mit einer Beschränkung kann effizient ausgeführt werden.

Claims

Eine Vektorquantisierungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes umfasst: ein Codebuch (101), das eine Vielzahl von Codevektoren speichert; Beschränkungsaufhebungsmittel (104) zum Aufheben einer vorbestimmten Beschränkung, die einem quantisierten Vektor aus einem der vorbestimmten Randbedingung ausgesetzten und aus einem Eingabeanschluss eingegebenen Eingabevektor auferlegt ist, wobei das Beschränkungsaufhebungsmittel dazu ausgebildet ist, eine Transformation F auf den Eingabevektor anzuwenden und dadurch einen von der vorbestimmten Beschränkung befreiten Zielvektor zu erzeugen; Fehlerberechnungsmittel (106) zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem Zielvektor und einem aus dem Codebuch extrahierten Codevektor; und Fehlerauswertemittel (107) zum Auswerten dieses Fehlers, Auswählen aus dem Codebuch eines Codevektors, der einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zum Annähern an den Zielvektor enthält, und Ausgeben eines den Codevektor repräsentierenden Index.
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Beschränkungshinzufügungsmittel (108) aufweist, die dazu ausgebildet sind, die durch die Beschränkungsaufhebungsmittel befreite Beschränkung dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor hinzuzufügen, um den quantisierten Vektor zu erhalten.
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: das Codebuch ein erstes und zweites Codebuch (301, 302) enthält, die jeweils eine Vielzahl von Codevektoren speichern; und dass Additionsmittel (305) bereitgestellt sind zum Addieren von aus dem ersten und zweiten Codebuch extrahierten Codevektoren, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zum Annähern an den Zielvektor zu erhalten.
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie Beschränkungshinzufügungsmittel (308) zum Hinzufügen der Beschränkung auf den nicht beschränkten, quantisierten Vektor enthält, um einen quantisierten Vektor auszugeben.
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie Vorhersagemittel (313) zum Vorhersagen eines aktuellen LSP Parameters basiert auf einem vorhergehenden, quantisierten LSP (Englisch: Line Spectrum Pair, Linienspektrumspaar) Parameter enthält, um einen Vorhersagewert zu erzeugen, wobei die Additionsmittel (305) den Vorhersagewert und die aus dem ersten Codebuch extrahierten Codevektoren addieren, um den nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erhalten, zum Annähern an den Zielvektor.
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: Transformationsmittel (321) zum Auferlegen einer nicht-linearen Transformation auf den Eingabevektor, von dem eine Beschränkung aufgehoben ist, um einen Zielvektor zu er zeugen; und Inverstransformationsmittel (322) zum Auferlegen einer inversen Transformation auf den nicht beschränkten, quantisierten Vektor.
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes umfasst: ein Codebuch (201), das eine Vielzahl von Codevektoren speichert; ein Beschränkungshinzufügungsmittel (208) zum Hinzufügen der durch ein Beschränkungsaufhebungsmittel aufgehobenen Beschränkung zu dem aus dem Codebuch extrahierten Codevektor in Übereinstimmung mit einem aus einem Eingabeanschluss eingegebenen Index, um den quantisierten Vektor zu erzeugen, wobei die Beschränkung eine Beschränkung ist, die von den Beschränkungsaufhebungsmitteln durch Anwenden einer Transformation F aufgehoben worden ist, und wobei das Beschränkungshinzufügungsmittel dazu ausgebildet ist, eine inverse Transformation F^–1 auf den Codevektor anzuwenden, um den quantisierten Vektor zu erzeugen.
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass: das Codebuch ein erstes und zweites Codebuch (401, 402) enthält, die jeweils eine Vielzahl von Codevektoren speichern; Additionsmittel (405) bereitgestellt sind zum Addieren von aus dem ersten und zweiten Codebuch extrahierten Codevektoren in Übereinstimmung mit einem aus einem Eingabeanschluss eingegebenen Index, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erhalten; und das Beschränkungshinzufügungsmittel (408) die Beschränkung dem nicht beschränkten, quantisierten Vek tor hinzufügt, um das Intervall zwischen den benachbarten Komponenten des nicht beschränkten, quantisierten Vektors zu vergrößern.
Eine Vektorquantisierungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Vorhersagemittel (413) enthält zum Vorhersagen eines aktuellen LSP (Englisch: Line Spectrum Pair, Linienspektrumspaar) Parameters, basiert auf einem vorhergehenden, quantisierten LSP Parameter, um einen Vorhersagewert zu erzeugen, wobei die Addiermittel (405) den Vorhersagewert und die aus dem ersten Codewort in Übereinstimmung mit einem aus einem Eingabeanschluss eingegebenen Index extrahierten Codevektoren addieren.
Ein Vektorquantisierungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte enthält: Aufheben einer Beschränkung auf einem quantisierten Vektor von einem Eingabevektor aus dem Eingabeanschluss, wobei der Eingabevektor der Beschränkung unterliegt und das Aufheben der Beschränkung dadurch ausgeführt wird, dass auf dem Eingabevektor eine Transformation F ausgeführt wird, wobei ein von der Beschränkung befreiter Zielvektor erzeugt wird; Auswählen aus einem Codebuch von zumindest einem Codevektor, der einen ersten Quantisierungsvektor zum Annähern des Zielvektors enthält; und Hinzufügen einer Beschränkung auf den ersten Quantisierungsvektor durch Anwenden einer inversen Transformation F^–1 und dabei Erzeugen eines eine vorbestimmte Beschränkung erfüllenden, zweiten Quantisierungsvektors.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswahlschritt umfasst: Berechnen aller Fehler zwischen dem Zielvektor und in dem Codebuch gespeicherten, vorbestimmten Codevektoren, und Ausgeben eines Index eines Codevektors mit dem minimalen Fehler unter den berechneten Fehlern.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: Eingeben eines mindestens einen Codevektor repräsentierenden Index, um den Codevektor aus dem Codebuch zu extrahieren, wobei der Schritt des Aufhebens der Beschränkung dazu bestimmt ist, dem zweiten Quantisierungsvektor zu erlauben, eine vorbestimmte Beschränkung zu erfüllen.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheben der Beschränkung auf dem Eingabevektor umfasst: Definieren eines LSP (Englisch: Line Spectrum Pair, Linienspektrumspaar) Parameters als den Eingabevektor und Subtrahieren eines die vorbestimmte Beschränkung repräsentierenden Beschränkungsvektors, von dem Eingabevektor, um den Zielvektor zu erzeugen; und dass der Auswahlschritt umfasst: Auswählen aus einem Codebuch von mindestens einem eine erste Quantisierung enthaltenden Codevektor zum Minimieren eines Fehlers in Bezug auf den Zielvektor, wobei der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass ein Intervall zwischen benachbarten Komponenten eines quantisierten LSP Parameters, der einen durch Zusammensetzen des ersten Quantisierungsvektors und des Beschränkungsvektors erzeugten, zweiten Quantisierungs vektor repräsentiert, nicht weniger als ein vorbestimmter Wert ist.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 13, wobei der Auswahlschritt umfasst: Addieren von aus dem ersten und zweiten Codebuch extrahierten Codevektoren, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erhalten, und Durchsuchen des ersten und zweiten Codebuchs nach einer Kombination von Codevektoren, so dass der Fehler zwischen dem Zielvektor und dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor minimal wird, um einen die Codevektoren anzeigenden Index auszugeben.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass: der Eingabeschritt umfasst Eingeben eines Index, der mindestens einen einen ersten Quantisierungsvektor ausbildenden Codevektor repräsentiert, zum Minimieren eines Fehlers in Bezug auf einen Zielvektor, der durch Subtrahieren eines eine vorbestimmte Beschränkung repräsentierenden Beschränkungsvektors von einem aus einem LSP (Englisch: Line Spectrum Pair, Linienspektrumspaar) Parameter erzeugten Eingabevektors erhalten worden ist, um den Codevektor aus dem Codebuch zu extrahieren; und dass das Verfahren umfasst: Addieren des Beschränkungsvektors zu dem aus dem Codevektor hergestellten, ersten Quantisierungsvektor, um einen zweiten Quantisierungsvektor zu erhalten; wobei der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass ein Intervall zwischen benachbarten Komponenten eines den zweiten Quantisierungsvektor bildenden, quantisierten LSP Parameters, nicht geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: Erzeugen eines Vorhersagevektors unter Benutzung eines Vektors, der durch Subtrahieren des Beschränkungsvektors von einem vergangenen quantisierten Vektor erhalten worden ist; und wobei der Auswahlschritt umfasst: Auswählen aus einem Codebuch von mindestens einem Codevektor, der einen Quantisierungsvektor ausbildet, der mit dem Vorhersagevektor synthetisiert ist und einen minimalen Fehler in Bezug auf den Zielvektor aufweist, und Ausgeben eines den ausgewählten Codevektor repräsentierenden Index, wobei der Beschränkungsvektor so entworfen ist, dass ein Intervall zwischen benachbarten Komponenten eines quantisierten LSP Parameters, der einen durch Zusammensetzen des ersten Quantisierungsvektors und des Beschränkungsvektors erzeugten, zweiten Quantisierungsvektor bildet, nicht weniger als eine vorbestimmte Schwelle ist.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 16, wobei der Indexausgabeschritt umfasst: Addieren von aus dem ersten und zweiten Codebuch extrahierten Codevektoren, um einen nicht beschränkten, quantisierten Vektor zu erhalten, und Durchsuchen des ersten und zweiten Codebuchs nach einer Kombination von Codevektoren, so dass der Fehler zwischen dem Zielvektor und dem nicht beschränkten, quantisierten Vektor minimal wird, um einen die Codevektoren anzeigenden Index auszugeben.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: Erzeugen eines Vorhersagevektors unter Benutzung eines durch Subtrahieren des Beschränkungsvektors von einem vorhergehenden Quantisierungsvektor erhaltenen Vektors; Zusammensetzen des Codevektors und des Vorhersagevektors, um den ersten Quantisierungsvektor zu erzeugen und; Zusammensetzen des ersten Quantisierungsvektors und des Beschränkungsvektors, um einen zweiten Quantisierungsvektor zu erzeugen, wobei der Beschränkungsvektor so ausgebildet ist, dass ein Intervall zwischen benachbarten Komponenten eines quantisierten LSP-Parameters, der den zweiten quantisierten Vektor bildet, nicht weniger als ein vorbestimmter Wert ist.
Ein Vektorquantisierungsverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: nicht lineares Transformieren einer durch das Subtrahieren erhaltenen Differenz, um den Zielvektor zu erzeugen; Einholen eines Vorhersagevektors unter Benutzung eines durch Subtrahieren des Beschränkungsvektors von einem vergangenen, quantisierten Vektor und nicht-lineares Transformieren einer Differenz erhaltenen Vektors; wobei der zweite Quantisierungsvektor durch Zusammentun des ersten Quantisierungsvektors und des Beschränkungsvektors und anschließendes Ausführen einer nicht linearen, inversen Transformation erzeugt wird.