EP0481895B1 - Method and apparatus for low bit rate transmission of a speech signal using CELP coding - Google Patents

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EP0481895B1
EP0481895B1 EP91402774A EP91402774A EP0481895B1 EP 0481895 B1 EP0481895 B1 EP 0481895B1 EP 91402774 A EP91402774 A EP 91402774A EP 91402774 A EP91402774 A EP 91402774A EP 0481895 B1 EP0481895 B1 EP 0481895B1
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EP
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vector
vectors
values
dictionary
basis
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EP91402774A
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EP0481895A2 (en
EP0481895A3 (en
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Renaud Di Francesco
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Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
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Publication date
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    • G10L19/04Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using predictive techniques
    • G10L19/08Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters
    • G10L19/083Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters the excitation function being an excitation gain
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G10L19/04Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using predictive techniques
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    • G10L19/12Determination or coding of the excitation function; Determination or coding of the long-term prediction parameters the excitation function being a code excitation, e.g. in code excited linear prediction [CELP] vocoders
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    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G10L19/00Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L2019/0001Codebooks
    • G10L2019/0004Design or structure of the codebook
    • G10L2019/0005Multi-stage vector quantisation
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G10L2019/0001Codebooks
    • G10L2019/0007Codebook element generation

Definitions

  • the invention relates to a method of transmission, at low speed, by CELP coding of a speech signal and to the corresponding system.
  • CELP Code Excited Linear Prediction
  • This technique for coding digital samples representing the speech signal is a hybrid coding technique in which the speech signal is modeled by linear prediction filters and residues of this prediction.
  • the CELP coders as shown schematically in FIG. 1a and 1b, exhaustively test all the elements of a list of waveforms. The waveform providing the best synthesis of the signal is retained, and its index, or characteristic address, is transmitted to the decoder. This method is called synthesis analysis.
  • the list of waveforms stored in the encoder and the decoder is called a dictionary.
  • CELP coder The quality of a CELP coder depends closely on the dictionary chosen, on the method of determination-modeling of the linear prediction filters used, these two parameters constituting two degrees of freedom, not independent, making it possible to adapt a particular CELP coder to the needs of 'a specific application.
  • Such a CELP coding technique is suitable for low bit rate coding applications (between 4 to 24 kbits / s).
  • bit rate coding applications between 4 to 24 kbits / s.
  • the digital signal to be analyzed, transmitted and reconstructed is divided into blocks, or frames.
  • Each block comprising L values is considered as a vector of a vector space of dimension L.
  • the current excitation signal constituted by a vector v, read in the dictionary of waveforms, must minimize a criterion of perceptual distortion of the form: min ⁇ -Hv ⁇ 2 , in which ⁇ denotes a target signal derived from the original signal O to be transmitted after perceptual weighting and H denotes a matrix of dimension LxL of impulse response derived from the product of the transfer functions of the synthesis filter and the perceptual weighting.
  • each reference vector vi is associated with an adaptive gain value gk taken from a dictionary of gain values G, which allows, following application of the gain gk to the vector vi to form a vector v k , i , to satisfy the aforementioned minimum distortion criterion.
  • Such an operating mode therefore does not make it possible to take into account, as a reference vector, the totality of the possibilities of combinations of the ternary values of the components of the reference vectors, the minimization of the distortion criterion not being able in all cases to be optimal.
  • document EP-A-0 379 296 describes a method of transmitting a low-speed speech signal, of the CELP type. This method implements a process for calculating the minimum quadratic deviation of an initial vector and a reference vector from a vector dictionary factorized into the product of two dictionaries of basic and gain vectors. The gain is separated in amplitude and in sign and the calculation process consists in finding three indices satisfying the minimum quadratic error criterion.
  • the object of the present invention is to remedy the abovementioned drawbacks, in order in particular to bring about a simplification of the calculations by the introduction as reference vector, into the dictionary of reference vectors, or directions, of almost all the combinations of the n-ary values of the components of the vectors, n being an odd number.
  • Another object of the present invention is the implementation, prior to the conventional process of applying an adaptive gain to each of the reference vectors, of a correction process by applying a scale factor, introducing the distribution of the energy of the excitation signal as a function of the frequency spectrum thereof, in order to take account of the non-uniformity of the energy distribution of the signal in the frequency domain.
  • Another object of the present invention is finally the implementation of a low-speed transmission method of a speech signal in which each reference vector, constituting the excitation signal, can be regenerated at the level of a decoder from the only index or address values of the optimal reference vector satisfying the minimum distortion criterion at the level of the coder, which has the effect of considerably simplifying and reducing the manufacturing costs of the aforementioned decoders.
  • the method for transmitting a low bit rate speech signal comprises a process for coding digital speech samples by code-excited linear prediction to generate a code signal, a process for transmitting the code signal and a process for decoding the received code signal.
  • the coding process corresponds to a process in which a waveform is represented by a block of samples comprising L sample values and constituting an initial vector (o) of dimension L is represented, from a filter of synthesis, by a reference waveform selected from a dictionary of reference waveforms each forming a reference vector (v) on criterion of minimum quadratic deviation of the initial vector (o) with respect to the waveform or reference vector (v), min ⁇ -Hv ⁇ 2 , where ⁇ represents a target vector obtained by perceptual weighting of the initial vector (o) and H a LxL dimension matrix of impulse response from the product of the synthesis filter and the linear perceptual weighting.
  • n / 2 corresponds to the integer division of n by 2.
  • H. ⁇ i.yi> and all the energies perceptual ⁇ Hy ⁇ 2 , which allows to attribute to the initial vector (o) the corresponding optimal reference vector v k *, i * , with v k *, i * gk * . ⁇ i * .yi *, this vector of optimal reference being represented by the only values of index k *, i * satisfying the criterion min ⁇ -gk.H. ⁇ i.yi ⁇ 2 .
  • the process of transmission at low speed of a speech signal consists in transmitting, as code signal, the only values of the indices k *, i * representative of each optimal reference vector v k *, i * .
  • the process of decoding a coded speech signal transmitted at low bit rate according to a code signal is remarkable in that, in order to ensure the decoding of the code signal, this process consists in discriminating the values of the indices k *, i * constituting the code signal, in decomposing the value of the index i *, representative of the optimal reference vector, in base n to regenerate the corresponding base vector yi *, to be carried out, from the value of the index i *, of the scale factor ⁇ i * and of the corresponding adaptive gain gk *, a correction of the corresponding regenerated base vector to constitute the regenerated reference vector vk *, i *.
  • a synthesis filtering operation is performed on the regenerated reference vector vk *, i * to generate the reconstructed speech signal.
  • the method which is the subject of the invention comprises a process for coding digital speech samples by linear prediction excited by codes. This process generates a code signal.
  • the method further includes a process for transmitting the code signal and a process for decoding the received code signal.
  • the coding process corresponds to a process in which a waveform represented by a block of samples comprising L values of samples, or frames, constitutes an initial vector denoted by o of dimension L, this vector being represented, and the corresponding waveform, from a synthesis filter by a reference waveform, denoted v, selected from a dictionary of reference waveforms each forming an abovementioned reference vector.
  • the selection is made on the criterion of minimum quadratic deviation of the initial vector o vis-à-vis the waveform or reference vector v, this criterion written: min ⁇ -Hv ⁇ 2 .
  • represents a target vector obtained by perceptual weighting of the initial vector o and H represents a matrix of dimension LxL of impulse response resulting from the product of the synthesis filter and from the aforementioned linear perceptual weighting.
  • the coding process is such that the selection criterion consists in establishing a dictionary factored into the product of a first dictionary Yn of basic vectors denoted yi.
  • Each basic vector is a basic vector of n-ary form, that is to say that the components yi (j) of these basic vectors, with j ⁇ [O, L-1], can take n values discrete different.
  • each basic vector yi is corrected by a scale factor ⁇ i taking into account the distribution of the excitation energy in the frequency domain of the signal.
  • the scale factors ⁇ i are determined from of a database, experimentally, the database being constituted by recording significant speech samples over several hours for example and for several speakers of the same language of expression or of several distinct languages, l experience showing that the diversity of languages of expression only intervenes at the second level in the determination of the aforementioned scale factors ⁇ i.
  • the scale factors vi are determined for each corresponding base vector yi by a process of identification of each base vector yi on a delocalized sequence of L successive recursive speech samples from the database , sorting the lowest adaptation coefficients and averaging a number u of identification or adaptation coefficients to obtain the corresponding scale factor vi associated with the aforementioned basic vector yi.
  • the factorized dictionary previously mentioned also consists of a second dictionary constituting the aforementioned product, this second dictionary being denoted G (y) and being formed by a dictionary of gains gk.
  • each scale factor coefficient vi is representative of the distribution of excitation energy in the frequency domain of a speech signal.
  • this optimal reference vector is represented by the only values of the parameters of index k *, i * satisfying the aforementioned criterion: min ⁇ -gk.H. ⁇ i.yi ⁇ 2 .
  • the minimum value of the quadratic deviation min ⁇ -gk.H. ⁇ i.yi ⁇ 2 is evaluated by selecting the corresponding gain element gk from the second dictionary G (y) making it possible to minimize the difference
  • where g checks the relation: g
  • the dictionary Yn of basic vectors yi of n-ary form [-n / 2, ..., O, ... n / 2] of dimension L includes all the basic vectors whose L components have for value the aforementioned n-values, with the exception of the null vector.
  • the index i of the basic vectors is taken equal to the value in base n of each base vector after transcoding the values [-n / 2 ..., O, ... n / 2] into values corresponding (0,1,2, ... n). It will thus be understood that the basic vectors yi of n-ary form are arranged as a function of their index i, this index i having for value the value in base n of each vector.
  • the set of basic vectors yi constituting the dictionary Yn is defined from n / 2.L impulse vectors of which only one component yi (j) of order j, with j ⁇ [O, L-1 ], is equal to -1, -2, ... -n / 2.
  • FIGS. 3a and 3b operator cells have been shown respectively making it possible to generate, from the previously defined pulse vectors and from sub-dictionaries constituted by the pulse vector considered and the related vectors corresponding to each pulse vector, the complete dictionary comprising the collection of all of the sub-dictionaries.
  • Each operator as represented in FIG. 3a comprises an operator called delay operator R whose transfer function is denoted Z +1 , according to the classical notation of transform into Z, a symmetrizer operator denoted Sy which has the function of multiplying the components of all the vectors presented at its entry by the value +1, by the value O then by the value -1 and a summator, noted S, receiving the output of the delay operator R and the symmetrizer Sy.
  • the summator S receives the output of the delay operator R via a switch I, in position F, or the zero vector [0,0,0,0,0] of dimension L in position O.
  • the operators represented in FIG. 3a are constituted by a single operator represented in 1), 2) and 3) at different stages of the processing process to generate the basic vectors yi of the abovementioned dictionary Yn.
  • the initial pulse or pulse vector ⁇ L-1 is present at the input of the delay operator R
  • the symmetrizer Sy is then supplied by a sub-dictionary noted DO ⁇ which is initially formed by the above-mentioned pulse vector ⁇ L-1.
  • Sy balancer delivers a sub-dictionary symmetrical noted DO ⁇ , as shown in FIG.
  • the pulse vector ⁇ L-2 is associated with the sub-dictionary D1 formed by the related vectors y1, y2, y3 with the pulse vector ⁇ L-2 and by the pulse vector to initial L-1 forming the basic vector y0, as well as the zero vector.
  • point 2 the summator S
  • the operator making it possible to generate the basic vectors yi is such that the latter receives the impulse vector at the level of the delay operator R at Lm, at the symmetrizer Sy, the dictionary denoted D m-1 formed recursively like the dictionary D1, the summator S as represented in point 2 of FIG. 3a then delivering from the above-mentioned pulse vector ⁇ Lm-1 delivered by the delay operator R or the zero vector and by the sub-dictionary D m-1 ⁇ the Dm dictionary.
  • the * represented at the level of the components yi (j) for the processing process of level m correspond to values 0, -1 or +1 when the vectors are ternary vectors.
  • the * represent values between -n / 2 and + n / 2, under the conditions previously mentioned.
  • the total ternary dictionary, sum or union of all the sub-dictionaries of intermediate level m, up to L can be obtained for the only positive or negative values of the components yi (j) , the dictionary total can then be obtained by symmetrization through a symmetrization operator such as Sy.
  • this operator is such that the impulse responses of the system H at the relative time 0, 1, 2, L-1, that is to say the values h 0 , h 1 , h L-2 , h L-1 are applied to the aforementioned operator.
  • the symmetrization operator Sy multiplies the elements of S L-1 (Dm-1) by +1, 0, -1 and realizes, as described above, the union of the distinct elements obtained.
  • FIGS. 5a and 5b A schematic diagram of the numbering and calculation process of the different entities implemented by the selection criterion in accordance with the object of the present invention will be described in connection with FIGS. 5a and 5b.
  • the elementary decryption cell is represented in Figure 5b from the pulse vectors noted not-1, ⁇ 0 and ⁇ 1. It will be noted that the summation of the pulse vectors e Frankfurts1, ⁇ 0 and ⁇ -1 amounts to replacing the last coordinate of the incident base vector by the component values +1, O or -1.
  • FIGS. 5a and 5b the architecture as represented in FIGS. 5a and 5b is that of a linear structure of ternary graphs. For an n-ary structure we get an n-ary graph.
  • the global graph for obtaining the energies is traversed from right to left, the initial energy E (0) being equal to SL-1 (0) 2 .
  • the elementary cell constituting the graph represented in FIG. 5c is represented in FIG. 5d.
  • each reference vector v k *, i * can advantageously be weighted by a factor of predicted level, noted a.
  • This predicted level factor a is representative of the average energy of the excitation signal estimated on at least three successive previous excitation vectors.
  • the previous expression is then calculated by filtering the expression 2x / ⁇ by the matrix transposed from the matrix H, ie H t .
  • the calculation process as represented by the operator in FIG. 6 allows, in a manner analogous to the calculation of the partial responses S L-1 (yi) previously described, to obtain the quantities x'0, x'Lm-1, x'L-2 and therefore the aforementioned scalar products, the null vector being replaced by the null value.
  • each scale factor vi can be determined from a plurality N of frames, from a speech signal database, the scale factor ⁇ i for each base vector yi being chosen so as to make the filter residue of the aforementioned frames minimal for the frame considered. It will be recalled that several processes for determining each scale factor vi can be envisaged.
  • the table of the scale factors vi is given below by the table of 121 values of the scale factors.
  • the first value multiplies (-1, -1, -1, -1, -1) ..., the last (0,0,0,0, -1).
  • the transmission of speech at low speed is effected by the only transmission, as code signal, of the values of the indices k * and i * representative of each reference vector v k *, i * .
  • the transmission can be carried out using conventional transmission protocols in which a redundancy of the information transmitted is introduced in order to ensure transmission at a rate substantially zero error.
  • the value i * can be transmitted either by direct numbering or by retrograde numbering, or according to a translated numbering whose translation table is known to the coder as well as to the decoder.
  • the decoding process consists in discriminating in 1000 the values of the indices k * and i * constituting the code signal and then in decomposing into 1001 the value of the index i * representative of the optimal reference vector in base n in order to regenerate the corresponding base vector yi *.
  • the decoding process consists in carrying out a synthesis filtering operation 1003 of the reference vector to generate the reconstructed speech signal.
  • each reference vector v k *, i * before the synthesis filtering is weighted by a predicted level factor ⁇ which is estimated on at least three excitation vectors successive previous.
  • the determination of the predicted level ⁇ will not be described in detail since it corresponds to the level of the process of decoding the operations normally known to those skilled in the art.
  • FIGS. 8 and 9 A more detailed description of a system for transmitting a low bit rate speech signal in accordance with the object of the present invention will be described in conjunction with FIGS. 8 and 9.
  • the coding circuit comprises a generator 1 of a first dictionary Yn of basic vectors yi of n-ary shape of dimension L, the components of these vectors, as mentioned previously, being able to take the values between -n / 2 to n / 2.
  • the generator of the dictionary Yn can advantageously be constituted by calculating means comprising the operators as described in FIGS. 3a, 3b for example and / or a storage circuit which can be constituted by a random access memory associated with this circuit computer or by ROM.
  • the read only memory is associated with a fast sequencer which makes it possible to carry out a successive reading of the basic vectors yi according to the indices in direct or retrograde numbering as described previously.
  • the coding circuit as represented in FIG. 8 comprises a circuit 2 correcting the basic vectors yi by a scale factor ⁇ i.
  • a fast multiplexer denoted MUX makes it possible successively to read the corresponding values of the corrected base vector yi ⁇ and deliver this value corresponding to a circuit 3 generator of a second adaptive gain dictionary gk.
  • the generator circuit 3 of the second dictionary G (y) may advantageously include an amplifier circuit, denoted 30, connected to a table of values gk constituting the aforementioned second dictionary.
  • the coding circuit which is the subject of the present invention also comprises an amplifier circuit 4 which makes it possible to apply to each reference vector v k, i the level prediction coefficient a as defined above. in the description.
  • the coding circuit object of the present invention then comprises, arranged in cascade, the synthesis filter noted 5 and the perceptual weighting filter noted 6 of transmission H as described previously in the description.
  • a summator 7 makes it possible to receive on the one hand the original signal via a same perceptual weighting filter 6 after inversion of the difference of the signals delivered by the algebraic summator 7, allowing the application on the signal thus obtained from the minimum distortion criterion.
  • the coding circuit which is the subject of the present invention comprises a circuit for calculating the minimum distortion 8 which comprises a first calculating circuit 80 of the product 2 gk ⁇ x / ⁇
  • the first calculator circuit 80 delivers a first calculation result r1.
  • a second calculator circuit 81 makes it possible to calculate the energy of the perceptually reconstructed and weighted vector, this energy being of the form gk 2 ⁇ H. ⁇ i.yi ⁇ 2 .
  • the computer circuits 80 and 81 can be constituted by program modules whose calculation graphs have been explained in FIGS. 4 and 5 a) to d) respectively.
  • the second calculation circuit 81 delivers a second calculation result denoted r2.
  • a comparator 83 makes it possible to compare the value of the calculation results r1 and r2 which makes it possible to determine by discrimination of the values of the indices i and k, the indices i * and k * for which the criterion of minimum of the quadratic difference is satisfied .
  • the discrimination of the indices i * and k * is carried out for example by a sorting program noted 84 in FIG. 8.
  • the values of the indices k * and i * are then delivered, these indices being representative of the corresponding reference vector v k * , i * .
  • FIG. 8 also shows the transmission circuit according to the subject of the present invention, this transmission circuit making it possible to deliver as a code signal representative of the speech signal the only values of the indices k * and i *.
  • This transmission circuit does not have any particular characteristic insofar as it can in fact be constituted by a transmission system of conventional type used in the devices for transmitting speech signals by coding of CELP type of the prior art.
  • FIG. 9 A more detailed description of a decoding circuit allowing the implementation of the method which is the subject of the invention is shown in FIG. 9.
  • the decoding circuit comprises a module 10 for discriminating the values of the indices i *, k * of the code signal received, the code signal being of course transmitted according to a particular protocol which does not enter into the object of the present invention.
  • the discrimination circuit 10 thus effecting a parallel series transformation of the information relating to the indices i *, k *
  • the decoding circuit comprises a circuit n-base decomposition of the value of the index i *.
  • the decoding circuit as shown in FIG. 9 comprises a table of the adaptive gain values gk denoted 11, which, on reception of the value of the index k *, makes it possible to deliver the corresponding adaptive gain value gk *.
  • This circuit 11 can advantageously consist of a read-only memory in which the adaptive gain values gk are stored.
  • a generator circuit 12 of the scale factor ⁇ i * is provided.
  • This circuit can consist of a read only memory forming a look-up table, which with the value i * makes correspond the value ⁇ i *.
  • the decoding circuit comprises a circuit 13 generating the regenerated base vector by decomposition into base n of the value of the index i *.
  • a circuit 14 corresponds to the value i * by transcoding the components in base n of the value of the index i *, the value [-n / 2, ..., 0, ... n / 2], which makes it possible to generate a regenerated reference vector v k *, i * of the product of the vector regenerated base and product A.
  • a synthesis filter 15 allows starting from the regenerated reference vector to generate the reconstructed speech signal.

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Abstract

The invention relates to a method for low bit rate transmission of a digital speech signal. <??>The coding is effected by linear prediction driven by codes in order to generate a code signal, a wave form being represented by an initial vector (O) of dimension L, from a filter for synthesis by a reference wave form selected from among a dictionary of reference vectors (v), with a minimum deviation criterion min ¦¦x-H.v¦¦<2>, x representing a target vector by perceptual weighting of the initial vector (O). A dictionary (Y) factorised as a product of base vectors yi of n-ary form, corrected by a scale factor gamma i of distribution of the excitation energy, and of a dictionary G(y) of gains gk, are established in order to represent the dictionary of the reference vectors (v), vk,i = gk. gamma i.yi. The criterion is established by calculation of C(gk, gamma i.yi) = 2 gk<x¦H. gamma i.yi>-gk<2> ¦¦H. gamma i.yi¦¦<2> formed by the scalar products and perceptual energies. To the initial vector (O) is attributed the optimal reference vector vk<*>, i<*> = gk<*>.i<*>.yi<*> represented only by the index values k<*>,i<*>. <??>Application to coding and transmission of speech at a low bit rate by ternary or n-ary vectors. <IMAGE>

Description

L'invention est relative à un procédé de transmission, à bas débit, par codage CELP d'un signal de parole et au système correspondant.The invention relates to a method of transmission, at low speed, by CELP coding of a speech signal and to the corresponding system.

La technique de codage de signaux de parole selon le processus de codage CELP ("Code Excited Linear Prediction" : prédiction linéaire excitée par codes) est actuellement utilisée et a fait l'objet de nombreux travaux. Cette technique de codage d'échantillons numériques représentant le signal de parole est une technique de codage hybride dans laquelle le signal de parole est modélisé par des filtres de prédiction linéaire et des résidus de cette prédiction. De manière générale, les codeurs CELP, ainsi que représenté de manière schématique en figure la et 1b, essaient de façon exhaustive tous les éléments d'une liste de formes d'onde. La forme d'onde réalisant la meilleure synthèse du signal est retenue, et son indice, ou adresse caractéristique, est transmis au décodeur. Cette méthode est appelée analyse par synthèse. La liste des formes d'onde, mémorisée au niveau du codeur et du décodeur est appelée dictionnaire.
La qualité d'un codeur CELP dépend étroitement du dictionnaire choisi, de la méthode de détermination-modélisation des filtres de prédiction linéaire utilisés, ces deux paramètres constituant deux degrés de liberté, non indépendants, permettant d'adapter un codeur CELP particulier aux besoins d'une application déterminée.
Une telle technique de codage CELP convient aux applications de codage à bas débit (compris entre 4 à 24 kbits/s). Pour une description plus détaillée de ce type de codage, on pourra utilement se reporter à l'article intitulé "A robust and fast CELP coder at 16 Kbits/s" publié par A. LE GUYADER, D. MASSALOUX et F. ZURCHER, CNET Lannion France, dans la revue Speech Communication n°7, 1988.
The technique of coding speech signals according to the coding process CELP ("Code Excited Linear Prediction") is currently used and has been the subject of numerous works. This technique for coding digital samples representing the speech signal is a hybrid coding technique in which the speech signal is modeled by linear prediction filters and residues of this prediction. In general, the CELP coders, as shown schematically in FIG. 1a and 1b, exhaustively test all the elements of a list of waveforms. The waveform providing the best synthesis of the signal is retained, and its index, or characteristic address, is transmitted to the decoder. This method is called synthesis analysis. The list of waveforms stored in the encoder and the decoder is called a dictionary.
The quality of a CELP coder depends closely on the dictionary chosen, on the method of determination-modeling of the linear prediction filters used, these two parameters constituting two degrees of freedom, not independent, making it possible to adapt a particular CELP coder to the needs of 'a specific application.
Such a CELP coding technique is suitable for low bit rate coding applications (between 4 to 24 kbits / s). For a more detailed description of this type of coding, one can usefully refer to the article entitled "A robust and fast CELP coder at 16 Kbits / s" published by A. LE GUYADER, D. MASSALOUX and F. ZURCHER, CNET Lannion France, in the journal Speech Communication n ° 7, 1988.

De manière générale, dans ce type de codeur, décodeur, le signal numérique à analyser, transmettre et reconstituer, est découpé en blocs, ou trames. Chaque bloc comprenant L valeurs est considéré comme un vecteur d'un espace vectoriel de dimension L. Le signal d'excitation courant constitué par un vecteur v, lu dans le dictionnaire des formes d'onde, doit minimaliser un critère de distorsion perceptuel de la forme :
min ∥χ-H.v∥2, dans lequel χ désigne un signal cible issu du signal original O à transmettre après pondération perceptuelle et H désigne une matrice de dimension LxL de réponse impulsionnelle issue du produit des fonctions de transfert du filtre de synthèse et de la pondération perceptuelle. On rappellera que la pondération perceptuelle a pour objet, relativement au bruit de codage, analogue à un bruit blanc, de relativiser dans le domaine fréquentiel la contribution de ce dernier au signal perçu effectivement. La matrice H est une matrice triangulaire de la forme :

Figure imgb0001
Au cours du processus de codage, à chaque vecteur de référence vi est associée une valeur de gain adaptatif gk prise parmi un dictionnaire de valeurs de gain G, ce qui permet, suite à application du gain gk au vecteur vi pour former un vecteur vk,i, de satisfaire au critère de distorsion minimale précité.Generally speaking, in this type of encoder, decoder, the digital signal to be analyzed, transmitted and reconstructed, is divided into blocks, or frames. Each block comprising L values is considered as a vector of a vector space of dimension L. The current excitation signal constituted by a vector v, read in the dictionary of waveforms, must minimize a criterion of perceptual distortion of the form:
min ∥χ-Hv∥ 2 , in which χ denotes a target signal derived from the original signal O to be transmitted after perceptual weighting and H denotes a matrix of dimension LxL of impulse response derived from the product of the transfer functions of the synthesis filter and the perceptual weighting. It will be recalled that the object of the perceptual weighting, relative to the coding noise, analogous to white noise, is to relativize in the frequency domain the contribution of the latter to the signal actually perceived. The matrix H is a triangular matrix of the form:
Figure imgb0001
During the coding process, each reference vector vi is associated with an adaptive gain value gk taken from a dictionary of gain values G, which allows, following application of the gain gk to the vector vi to form a vector v k , i , to satisfy the aforementioned minimum distortion criterion.

Afin de diminuer la complexité des calculs, très nombreux en fonction de la dimension L des vecteurs et du débit du signal de parole, on a, dans certains travaux, proposé d'utiliser comme vecteur de référence, afin de réaliser le signal d'excitation, des vecteurs dont les composantes n'ont pour valeur que les valeurs +1, O ou -1, le dictionnaire des vecteurs étant alors constitué sous forme de dictionnaire de vecteurs ternaires. Une telle utilisation dans un processus de codage de type CELP de vecteurs ternaires de ce type a été mentionnée dans la demande de brevet européen EP 0 347 307 publiée le 20.12.1989.
Toutefois, dans un tel processus de codage, on notera que tous les vecteurs de référence contiennent nécessairement la même énergie. En outre, la recherche de la séquence ou vecteur de référence optimum ne peut être réduite au calcul de produits purement scalaires que dans le cas où l'auto-corrélation est elle-même normalisée et présente des termes nuls dont l'écartement correspond aux composantes non nulles des séquences ou vecteurs de référence.
In order to reduce the complexity of the calculations, which are very numerous as a function of the dimension L of the vectors and the bit rate of the speech signal, it has been proposed in certain works to use as a reference vector, in order to carry out the excitation signal, vectors whose components only have the values +1, O or -1, the dictionary of vectors then being constituted in the form of a dictionary of ternary vectors. Such use in a CELP-type coding process of ternary vectors of this type was mentioned in European patent application EP 0 347 307 published on December 20, 1989.
However, in such a coding process, it will be noted that all the reference vectors necessarily contain the same energy. In addition, the search for the optimum reference sequence or vector can only be reduced to the calculation of purely scalar products if the autocorrelation is itself normalized and presents null terms whose spacing corresponds to the components non-zero sequences or reference vectors.

Un tel mode opératoire ne permet donc pas de prendre en compte, comme vecteur de référence, la totalité des possibilités des combinaisons des valeurs ternaires des composantes des vecteurs de référence, la minimalisation du critère de distorsion ne pouvant dans tous les cas être optimale.Such an operating mode therefore does not make it possible to take into account, as a reference vector, the totality of the possibilities of combinations of the ternary values of the components of the reference vectors, the minimization of the distortion criterion not being able in all cases to be optimal.

Enfin, le document EP-A-0 379 296 décrit un procédé de transmission d'un signal de parole à bas débit, de type CELP. Ce procédé met en oeuvre un processus de calcul du minimum d'écart quadratique d'un vecteur initial et d'un vecteur de référence à partir d'un dictionnaire de vecteurs factorisé en produit de deux dictionnaires de vecteurs de base et de gains. Le gain est séparé en amplitude et en signe et le processus de calcul consiste à trouver trois indices satisfaisant le critère d'erreur quadratique minimum.Finally, document EP-A-0 379 296 describes a method of transmitting a low-speed speech signal, of the CELP type. This method implements a process for calculating the minimum quadratic deviation of an initial vector and a reference vector from a vector dictionary factorized into the product of two dictionaries of basic and gain vectors. The gain is separated in amplitude and in sign and the calculation process consists in finding three indices satisfying the minimum quadratic error criterion.

La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités, afin, notamment, d'apporter une simplification des calculs par l'introduction comme vecteur de référence, dans le dictionnaire des vecteurs de référence, ou directions, de la quasi-totalité des combinaisons des valeurs n-aires des composantes des vecteurs, n étant un nombre impair.The object of the present invention is to remedy the abovementioned drawbacks, in order in particular to bring about a simplification of the calculations by the introduction as reference vector, into the dictionary of reference vectors, or directions, of almost all the combinations of the n-ary values of the components of the vectors, n being an odd number.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre, préalablement au processus classique d'application d'un gain adaptatif à chacun des vecteurs de référence, d'un processus de correction par application d'un facteur d'échelle, introduisant la répartition de l'énergie du signal d'excitation en fonction du spectre fréquentiel de ce dernier, afin de tenir compte de la non-uniformité de la distribution d'énergie du signal dans le domaine des fréquences.Another object of the present invention is the implementation, prior to the conventional process of applying an adaptive gain to each of the reference vectors, of a correction process by applying a scale factor, introducing the distribution of the energy of the excitation signal as a function of the frequency spectrum thereof, in order to take account of the non-uniformity of the energy distribution of the signal in the frequency domain.

Un autre objet de la présente invention est enfin la mise en oeuvre d'un procédé de transmission à bas débit d'un signal de parole dans lequel, chaque vecteur de référence, constituant le signal d'excitation, peut être régénéré au niveau d'un décodeur à partir des seules valeurs d'indice ou d'adresse du vecteur de référence optimal satisfaisant au critère de minimum de distorsion au niveau du codeur, ce qui a pour effet de simplifier considérablement et de réduire les coûts de fabrication des décodeurs précités.Another object of the present invention is finally the implementation of a low-speed transmission method of a speech signal in which each reference vector, constituting the excitation signal, can be regenerated at the level of a decoder from the only index or address values of the optimal reference vector satisfying the minimum distortion criterion at the level of the coder, which has the effect of considerably simplifying and reducing the manufacturing costs of the aforementioned decoders.

Le procédé de transmission d'un signal de parole à bas débit selon la présente invention comporte un processus de codage d'échantillons numériques de parole par prédiction linéaire excitée par codes pour engendrer un signal de code, un processus de transmission du signal de code et un processus de décodage du signal de code reçu. Le processus de codage correspond à un processus dans lequel une forme d'onde est représentée par un bloc d'échantillons comportant L valeurs d'échantillons et constituant un vecteur initial (o) de dimension L est représenté, à partir d'un filtre de synthèse, par une forme d'onde de référence sélectionnée parmi un dictionnaire de formes d'onde de référence formant chacune un vecteur de référence (v) sur critère d'écart quadratique minimum du vecteur initial (o) vis-à-vis de la forme d'onde ou vecteur de référence (v), min ∥χ-H.v∥2, où χ représente un vecteur cible obtenu par pondération perceptuelle du vecteur initial (o) et H une matrice de dimension LxL de réponse impulsionnelle issue du produit du filtre de synthèse et de la pondération perceptuelle linéaire. Ce processus est remarquable en ce que ce critère de sélection consiste à établir un dictionnaire factorisé en produit d'un premier dictionnaire Yn, n=2m+1 entier impair, m étant un nombre entier non nul, de vecteurs de base yi, de forme n-aire, de dimension L, dont chaque valeur des composantes, yi(j), peut prendre une valeur appartenant à l'ensemble Im des entiers relatifs consécutifs compris entre -m et m, soit Im = { -m,-m+1, ...,-1,0,1,...,m-1,m} constituant un ensemble à n=2m+1 éléments, chacun de ces vecteurs de base étant multiplié par un facteur d'échelle vi tenant compte de la distribution de l'énergie d'excitation dans le domaine de fréquence du signal, et d'un deuxième dictionnaire G(y) de gains gk, de façon à représenter ainsi le dictionnaire de formes d'ondes ou vecteurs de référence, chaque vecteur de référence vérifiant la relation vk,i=gk.vi.yi. On notera que la valeur n/2 correspond à la division entière de n par 2. La valeur minimum de l'écart quadratique ∥χ-gk.H.νi.yi∥2 est alors établie par le calcul du maximum de C(gk,νi.yi) = 2 gk <χ|H.νi.yi> - gk2 ∥H.νi.yi∥2 par le calcul de tous les produits scalaires <χ|H.νi.yi> et de toutes les énergies perceptuelles ∥H.y∥2, ce qui permet d'attribuer au vecteur initial (o) le vecteur de référence optimal correspondant vk*,i*, avec vk*,i* = gk*.νi*.yi*, ce vecteur de référence optimal étant représenté par les seules valeurs d'indice k*,i* satisfaisant au critère min ∥χ-gk.H.νi.yi∥2.The method for transmitting a low bit rate speech signal according to the present invention comprises a process for coding digital speech samples by code-excited linear prediction to generate a code signal, a process for transmitting the code signal and a process for decoding the received code signal. The coding process corresponds to a process in which a waveform is represented by a block of samples comprising L sample values and constituting an initial vector (o) of dimension L is represented, from a filter of synthesis, by a reference waveform selected from a dictionary of reference waveforms each forming a reference vector (v) on criterion of minimum quadratic deviation of the initial vector (o) with respect to the waveform or reference vector (v), min ∥χ-Hv∥ 2 , where χ represents a target vector obtained by perceptual weighting of the initial vector (o) and H a LxL dimension matrix of impulse response from the product of the synthesis filter and the linear perceptual weighting. This process is remarkable in that this selection criterion consists in establishing a dictionary factorized into the product of a first dictionary Yn, n = 2m + 1 odd integer, m being a non-zero integer, of basic vectors yi, of form n-ary, of dimension L, of which each value of the components, yi (j) , can take a value belonging to the set Im of consecutive relative integers between -m and m, that is to say Im = {-m, -m + 1, ..., - 1,0,1, ..., m-1, m} constituting a set with n = 2m + 1 elements, each of these basic vectors being multiplied by a scaling factor vi account of the distribution of the excitation energy in the frequency domain of the signal, and of a second dictionary G (y) of gains gk, so as to thus represent the dictionary of waveforms or reference vectors, each reference vector verifying the relation v k, i = gk.vi.yi. Note that the value n / 2 corresponds to the integer division of n by 2. The minimum value of the quadratic difference ∥χ-gk.H.νi.yi∥ 2 is then established by calculating the maximum of C (gk , νi.yi) = 2 gk <χ | H.νi.yi> - gk 2 ∥H.νi.yi∥ 2 by calculating all the scalar products <χ | H.νi.yi> and all the energies perceptual ∥Hy∥ 2 , which allows to attribute to the initial vector (o) the corresponding optimal reference vector v k *, i * , with v k *, i * = gk * .νi * .yi *, this vector of optimal reference being represented by the only values of index k *, i * satisfying the criterion min ∥χ-gk.H.νi.yi∥ 2 .

Le processus de transmission à bas débit d'un signal de parole, selon la présente invention, consiste à transmettre, comme signal de code, les seules valeurs des indices k*,i* représentatifs de chaque vecteur de référence optimal vk*,i*.The process of transmission at low speed of a speech signal, according to the present invention, consists in transmitting, as code signal, the only values of the indices k *, i * representative of each optimal reference vector v k *, i * .

Le processus de décodage d'un signal de parole codé transmis à bas débit selon un signal de code, conformément à l'objet de la présente invention, est remarquable en ce que, afin d'assurer le décodage du signal de code, ce processus consiste à discriminer les valeurs des indices k*,i* constituant le signal de code, à décomposer la valeur de l'indice i*, représentatif du vecteur de référence optimal, en base n pour régénérer le vecteur de base correspondant yi*, à effectuer, à partir de la valeur de l'indice i*, du facteur d'échelle νi* et du gain adaptatif gk* correspondants, une correction du vecteur de base correspondant régénéré pour constituer le vecteur de référence régénéré vk*,i*. Une opération de filtrage de synthèse est effectuée sur le vecteur de référence régénéré vk*,i* pour engendrer le signal de parole reconstruit.The process of decoding a coded speech signal transmitted at low bit rate according to a code signal, in accordance to the object of the present invention, is remarkable in that, in order to ensure the decoding of the code signal, this process consists in discriminating the values of the indices k *, i * constituting the code signal, in decomposing the value of the index i *, representative of the optimal reference vector, in base n to regenerate the corresponding base vector yi *, to be carried out, from the value of the index i *, of the scale factor νi * and of the corresponding adaptive gain gk *, a correction of the corresponding regenerated base vector to constitute the regenerated reference vector vk *, i *. A synthesis filtering operation is performed on the regenerated reference vector vk *, i * to generate the reconstructed speech signal.

Le procédé objet de la présente invention, les processus de codage, de transmission et de décodage et le système et circuits de codage, de transmission et de décodage permettant la mise en oeuvre de ce procédé, trouvent avantageusement application à la transmission de signaux de parole à bas débit, notamment entre mobiles par exemple.The method which is the subject of the present invention, the coding, transmission and decoding processes and the coding, transmission and decoding system and circuits allowing the implementation of this method advantageously find application in the transmission of speech signals. at low speed, especially between mobiles for example.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après et à l'observation des dessins dans lesquels, outre les figures la et 1b relatives à l'art antérieur,

  • la figure 2 représente au point a) d'une part les étapes de traitement dans un processus de codage conforme à l'objet de la présente invention, et au point b) d'autre part les opérations effectuées, sur les vecteurs de base, dans les étapes représentées au point a), pour des vecteurs n-aires,
  • la figure 3a représente aux points 1, 2 et 3 les modules de traitement de vecteurs impulsion constituant des vecteurs de base privilégiés, dans un traitement de type récursif permettant d'engendrer un premier dictionnaire de vecteurs de base,
  • la figure 3b représente successivement les opérations effectuées sur les vecteurs de base pour engendrer, de manière itérative, le premier dictionnaire de vecteurs de base précité, dans un cas particulier où n=3, les vecteurs de base étant des vecteurs ternaires,
  • la figure 4 représente de manière analogue à la figure 3a, 3b un processus de calcul de la réponse impulsionnelle pour tous les vecteurs ternaires yi excitant le filtre de synthèse et le filtre de pondération perceptuelle en cascade présentant la fonction de transfert H,
  • la figure 5 représente en ses différents points a), b), c) et d) des graphes représentatifs des processus de calcul des énergies perceptuelles des vecteurs ternaires à partir des réponses partielles impulsionnelles de la fonction de transfert H,
  • la figure 6 représente des graphes représentatifs des processus de calcul des produits scalaires,
  • la figure 7 représente un organigramme des étapes de traitement des valeurs d'indice optimal k*,i* reçus au cours du processus de décodage,
  • la figure 8 représente un schéma synoptique d'un circuit de codage dans un système de transmission de parole à bas débit conforme à l'objet de la présente invention,
  • la figure 9 représente un schéma synoptique d'un circuit de décodage dans un système de transmission de parole à bas débit conforme à l'objet de la présente invention.
The invention will be better understood on reading the description below and on observing the drawings in which, in addition to FIGS. 1a and 1b relating to the prior art,
  • FIG. 2 represents in point a) on the one hand the processing steps in a coding process in accordance with the object of the present invention, and in point b) on the other hand the operations carried out, on the basic vectors, in the steps represented in point a), for n-ary vectors,
  • FIG. 3a represents, in points 1, 2 and 3, the pulse vector processing modules constituting privileged basic vectors, in a recursive type processing making it possible to generate a first dictionary of basic vectors,
  • FIG. 3b successively represents the operations performed on the basic vectors to generate, in an iterative manner, the first dictionary of the aforementioned basic vectors, in a particular case where n = 3, the basic vectors being ternary vectors,
  • FIG. 4 represents, in a manner similar to FIG. 3a, 3b, a process for calculating the impulse response for all the ternary vectors yi exciting the synthesis filter and the cascade perceptual weighting filter having the transfer function H,
  • FIG. 5 represents at its various points a), b), c) and d) graphs representative of the processes for calculating the perceptual energies of the ternary vectors from partial impulse responses of the transfer function H,
  • FIG. 6 represents graphs representative of the processes for calculating scalar products,
  • FIG. 7 represents a flow diagram of the steps for processing the values of optimal index k *, i * received during the decoding process,
  • FIG. 8 represents a block diagram of a coding circuit in a low bit rate speech transmission system in accordance with the object of the present invention,
  • FIG. 9 represents a block diagram of a decoding circuit in a low bit rate speech transmission system according to the object of the present invention.

Le procédé de transmission d'un signal de parole à bas débit, objet de la présente invention, sera tout d'abord décrit en liaison avec les figures 2 a et b.The method of transmitting a low bit rate speech signal, object of the present invention, will first be described in conjunction with FIGS. 2 a and b.

Selon la figure 2 précitée, le procédé objet de l'invention comporte un processus de codage d'échantillons numériques de parole par prédiction linéaire excité par codes. Ce processus permet d'engendrer un signal de code. Le procédé comporte en outre un processus de transmission du signal de code et un processus de décodage du signal de code reçu.According to FIG. 2 above, the method which is the subject of the invention comprises a process for coding digital speech samples by linear prediction excited by codes. This process generates a code signal. The method further includes a process for transmitting the code signal and a process for decoding the received code signal.

Selon la figure 2 précitée, le processus de codage correspond à un processus dans lequel une forme d'onde représentée par un bloc d'échantillons comportant L valeurs d'échantillons, ou trames, constitue un vecteur initial noté o de dimension L, ce vecteur étant représenté, et la forme d'onde correspondante, à partir d'un filtre de synthèse par une forme d'onde de référence, notée v, sélectionnée parmi un dictionnaire de formes d'onde de référence formant chacune un vecteur de référence précité. La sélection est effectuée sur critère d'écart quadratique minimum du vecteur initial o vis-à-vis de la forme d'onde ou vecteur de référence v, ce critère s'écrivant :
min ∥χ-H.v∥2.
According to FIG. 2 above, the coding process corresponds to a process in which a waveform represented by a block of samples comprising L values of samples, or frames, constitutes an initial vector denoted by o of dimension L, this vector being represented, and the corresponding waveform, from a synthesis filter by a reference waveform, denoted v, selected from a dictionary of reference waveforms each forming an abovementioned reference vector. The selection is made on the criterion of minimum quadratic deviation of the initial vector o vis-à-vis the waveform or reference vector v, this criterion written:
min ∥χ-Hv∥ 2 .

Dans cette relation, χ représente un vecteur cible obtenu par pondération perceptuelle du vecteur initial o et H représente une matrice de dimension LxL de réponse impulsionnelle issue du produit du filtre de synthèse et de la pondération perceptuelle linéaire précitée.In this relation, χ represents a target vector obtained by perceptual weighting of the initial vector o and H represents a matrix of dimension LxL of impulse response resulting from the product of the synthesis filter and from the aforementioned linear perceptual weighting.

Selon le procédé objet de la présente invention, le processus de codage est tel que le critère de sélection consiste à établir un dictionnaire factorisé en produit d'un premier dictionnaire Yn de vecteurs de base notés yi. Chaque vecteur de base est un vecteur de base de forme n-aire, c'est-à-dire que les composantes yi(j) de ces vecteurs de base, avec j ∈ [O, L-1], peuvent prendre n valeurs discrètes différentes. D'une manière générale, chaque valeur des composantes yi(j) peut prendre une valeur comprise dans l'ensemble Im des entiers relatifs consécutifs compris entre -m et m, soit Im = {-m,-m+1, ...,-1,0,1,...,m-1,m} constituant un ensemble à n=2m+1 éléments.According to the method which is the subject of the present invention, the coding process is such that the selection criterion consists in establishing a dictionary factored into the product of a first dictionary Yn of basic vectors denoted yi. Each basic vector is a basic vector of n-ary form, that is to say that the components yi (j) of these basic vectors, with j ∈ [O, L-1], can take n values discrete different. In general, each value of the components yi (j) can take a value included in the set Im of consecutive integers between -m and m, i.e. Im = {-m, -m + 1, ... , -1,0,1, ..., m-1, m} constituting a set with n = 2m + 1 elements.

Selon une caractéristique avantageuse du procédé objet de la présente invention, chaque vecteur de base yi est corrigé par un facteur d'échelle νi tenant compte de la distribution de l'énergie d'excitation dans le domaine de fréquence du signal. On notera que, de la manière la plus générale, les facteurs d'échelle νi sont déterminés à partir d'une base de données, de manière expérimentale, la base de données étant constituée par un enregistrement d'échantillons de parole significatifs sur plusieurs heures par exemple et pour plusieurs locuteurs d'une même langue d'expression ou de plusieurs langues distinctes, l'expérience montrant que la diversité des langues d'expression n'intervient qu'au second degré dans la détermination des facteurs d'échelle νi précités. Une description plus détaillée d'une table des facteurs d'échelles vi pour des vecteurs ternaires de dimension L=5 sera donnée ultérieurement dans la description.According to an advantageous characteristic of the method which is the subject of the present invention, each basic vector yi is corrected by a scale factor νi taking into account the distribution of the excitation energy in the frequency domain of the signal. It will be noted that, in the most general way, the scale factors νi are determined from of a database, experimentally, the database being constituted by recording significant speech samples over several hours for example and for several speakers of the same language of expression or of several distinct languages, l experience showing that the diversity of languages of expression only intervenes at the second level in the determination of the aforementioned scale factors νi. A more detailed description of a table of scale factors vi for ternary vectors of dimension L = 5 will be given later in the description.

On notera simplement que selon ce principe les facteurs d'échelles vi sont déterminés pour chaque vecteur de base yi correspondant par un processus d'identification de chaque vecteur de base yi sur une séquence délocalisée de L échantillons de parole successifs récursifs de la base de données, tri des coefficients d'adaptation les plus faibles et moyennisation d'un nombre u de coefficients d'identification ou d'adaptation pour obtenir le facteur d'échelle vi correspondant associé au vecteur de base yi précité.It will simply be noted that according to this principle the scale factors vi are determined for each corresponding base vector yi by a process of identification of each base vector yi on a delocalized sequence of L successive recursive speech samples from the database , sorting the lowest adaptation coefficients and averaging a number u of identification or adaptation coefficients to obtain the corresponding scale factor vi associated with the aforementioned basic vector yi.

Le dictionnaire factorisé précédemment mentionné est également constitué par un deuxième dictionnaire constituant le produit précité, ce deuxième dictionnaire étant noté G(y) et étant formé par un dictionnaire de gains gk. Le dictionnaire factorisé constitue ainsi un dictionnaire de formes d'onde ou de vecteurs de référence. Chaque vecteur de référence vérifie ainsi la relation vk,i = gk.νi.yi.The factorized dictionary previously mentioned also consists of a second dictionary constituting the aforementioned product, this second dictionary being denoted G (y) and being formed by a dictionary of gains gk. The factorized dictionary thus constitutes a dictionary of waveforms or reference vectors. Each reference vector thus verifies the relation v k, i = gk.νi.yi.

On notera bien entendu, ainsi que représenté sur la figure 2a, que l'opération de correction effectuée par l'application du facteur d'échelle vi ne constitue pas une simple pondération des composantes yi(j) de chaque vecteur de base yi car chaque coefficient de facteur d'échelle vi est représentatif de la distribution de l'énergie d'excitation dans le domaine de fréquence d'un signal de parole.It will of course be noted, as shown in FIG. 2a, that the correction operation performed by applying the scale factor vi does not constitute a simple weighting of the components yi (j) of each basic vector yi because each scale factor coefficient vi is representative of the distribution of excitation energy in the frequency domain of a speech signal.

Ainsi qu'on l'a représenté au point a) de la figure 2, le procédé objet de l'invention consiste alors à établir la valeur minimum de l'écart quadratique ∥χ-gk.H.νi.yi∥2 par le calcul d'une fonction notée : C (gk,νi.yi) = 2 gk <χ|H.νi.yi> - gk 2 ∥H.νi.yi∥ 2

Figure imgb0002
par calcul de tous les produits scalaires <χ|H.vi.yi> et de toutes les énergies perceptuelles ∥H.y∥2.As shown in point a) of FIG. 2, the method which is the subject of the invention then consists in establishing the minimum value of the quadratic deviation ∥χ-gk.H.νi.yi∥ 2 by calculating a function denoted: C (gk, νi.yi) = 2 gk <χ | H.νi.yi> - gk 2 ∥H.νi.yi∥ 2
Figure imgb0002
by calculating all the scalar products <χ | H.vi.yi> and all the perceptual energies ∥Hy∥ 2 .

Le calcul précité permet alors d'attribuer au vecteur initial o le vecteur de référence optimal correspondant noté vk*,i*, avec Vk*,i* = gk*.νi*.yi*. Bien entendu, conformément à un objet particulièrement intéressant de la présente invention, ce vecteur de référence optimal est représenté par les seules valeurs des paramètres d'indice k*,i* satisfaisant au critère précité :
min ∥χ-gk.H.νi.yi∥2.
The abovementioned calculation then makes it possible to attribute to the initial vector o the corresponding optimal reference vector noted v k *, i * , with V k *, i * = gk * .νi * .yi *. Of course, in accordance with a particularly interesting object of the present invention, this optimal reference vector is represented by the only values of the parameters of index k *, i * satisfying the aforementioned criterion:
min ∥χ-gk.H.νi.yi∥ 2 .

Une description plus détaillée des opérations effectuées au niveau de chaque vecteur de base yi, ces vecteurs de base étant des vecteurs n-aires de dimension L dont les composantes yi(j) ont pour valeur au plus la valeur n/2 ou éventuellement -n/2, par valeurs entières et par incrément de 1, sera donnée en liaison avec le point b) de la figure 2.A more detailed description of the operations carried out at the level of each basic vector yi, these basic vectors being n-ary vectors of dimension L whose components yi (j) have for value at most the value n / 2 or possibly -n / 2, by integer values and in increments of 1, will be given in conjunction with point b) of Figure 2.

Au point b) précité, on a représenté successivement les vecteurs de base notés yO, y1, yi, yK avec K = (nL-3)/2, chaque composante ayant pour valeur l'une des valeurs de la forme n-aire. On a ensuite représenté la correction par application du facteur d'échelle νi, lequel, pour les raisons précédemment mentionnées, ne constitue pas une simple pondération analogue à l'application adaptative du gain gk, à chaque valeur des composantes yi(j) des vecteurs de base yi étant appliqué le facteur d'échelle vi correspondant déterminé dans les conditions précédemment mentionnées. Sur le même point b) on a enfin représenté l'application du gain adaptatif gk, chaque composante yi(j) des vecteurs de base yi étant alors multipliée par le produit gk.νi.In point b) above, we successively represented the basic vectors denoted yO, y1, yi, yK with K = (n L -3) / 2, each component having for value one of the values of the form n-ary . We then represented the correction by application of the scale factor νi, which, for the reasons mentioned above, does not constitute a simple weighting analogous to the adaptive application of the gain gk, to each value of the components yi (j) of the vectors basic yi being applied the corresponding scale factor vi determined under the conditions mentioned above. On the same point b) we have finally represented the application of the adaptive gain gk, each component yi (j) of the basic vectors yi then being multiplied by the product gk.νi.

On comprendra bien sûr que, dans la mise en oeuvre du processus de codage tel que représenté aux points a) et b) de la figure 2 précédemment mentionnée, la valeur minimum de l'écart quadratique min ∥χ-gk.H.νi.yi∥2 est évaluée par sélection de l'élément de gain gk correspondant du deuxième dictionnaire G(y) permettant de rendre minimum la différence |g-gk*| où g vérifie la relation : g = <χ|H.νi.yi> ∥H.νi.yi∥ 2

Figure imgb0003
It will of course be understood that, in the implementation of the coding process as represented in points a) and b) of FIG. 2 previously mentioned, the minimum value of the quadratic deviation min ∥χ-gk.H.νi.yi∥ 2 is evaluated by selecting the corresponding gain element gk from the second dictionary G (y) making it possible to minimize the difference | g-gk * | where g checks the relation: g = <χ | H.νi.yi> ∥H.νi.yi∥ 2
Figure imgb0003

Une description plus détaillée de l'arrangement des vecteurs de base yi pour constituer le dictionnaire ou premier dictionnaire Yn de dimension L de vecteurs de base yi sera maintenant donnée en liaison avec les figures 3a et 3b.A more detailed description of the arrangement of the basic vectors yi to constitute the dictionary or first dictionary Yn of dimension L of basic vectors yi will now be given in connection with FIGS. 3a and 3b.

De manière générale, on comprendra que le dictionnaire Yn de vecteurs de base yi de forme n-aire [-n/2, ...,O,...n/2] de dimension L comprend tous les vecteurs de base dont les L composantes ont pour valeur les valeurs n-aires précitées, à l'exception du vecteur nul. De manière générale, l'indice i des vecteurs de base est pris égal à la valeur en base n de chaque vecteur de base après transcodage des valeurs [-n/2...,O,...n/2] en valeurs correspondantes (0,1,2,...n). On comprendra ainsi que les vecteurs de base yi de forme n-aire sont arrangés en fonction de leur indice i, cet indice i ayant pour valeur la valeur en base n de chaque vecteur.In general, it will be understood that the dictionary Yn of basic vectors yi of n-ary form [-n / 2, ..., O, ... n / 2] of dimension L includes all the basic vectors whose L components have for value the aforementioned n-values, with the exception of the null vector. In general, the index i of the basic vectors is taken equal to the value in base n of each base vector after transcoding the values [-n / 2 ..., O, ... n / 2] into values corresponding (0,1,2, ... n). It will thus be understood that the basic vectors yi of n-ary form are arranged as a function of their index i, this index i having for value the value in base n of each vector.

On comprendra également que l'ensemble des vecteurs de base yi constituant le dictionnaire Yn est défini à partir des n/2.L vecteurs impulsion dont une seule composante yi(j) d'ordre j, avec j ∈ [O,L-1], est égale à -1, -2, ... -n/2. A chaque vecteur impulsion sont associés les vecteurs de base apparentés présentant des valeurs de composantes d'ordre q ≤ j identique, chaque vecteur apparenté à un vecteur impulsion de rang q, avec q = j pour yi(j) différent de O, étant obtenu par combinaison linéaire du vecteur impulsion de rang j=q et des vecteurs impulsion ou apparentés de rang j=q' supérieur.It will also be understood that the set of basic vectors yi constituting the dictionary Yn is defined from n / 2.L impulse vectors of which only one component yi (j) of order j, with j ∈ [O, L-1 ], is equal to -1, -2, ... -n / 2. Associated with each pulse vector are the related basic vectors having values of components of order q ≤ j identical, each vector related to a pulse vector of rank q, with q = j for yi (j) different from O, being obtained. by linear combination of the pulse vector of rank j = q and of the pulse or related vectors of rank j = q 'higher.

Une description plus détaillée de la mise en oeuvre du dictionnaire des vecteurs de base yi dans le cas de vecteurs ternaires et de la manière d'engendrer ces vecteurs de base sera donnée en liaison avec les figures 3a et 3b, des vecteurs de base de dimension L et de forme n-aire pouvant être engendrés selon le même principe sans sortir du cadre de l'objet de la présente invention.A more detailed description of the implementation of the dictionary of basic vectors yi in the case of ternary vectors and of the manner of generating these basic vectors will be given in connection with FIGS. 3a and 3b, basic vectors of dimension L and of n-ary shape being able to be generated according to the same principle without departing from the scope of the object of the present invention.

Sur les figures 3a et 3b on a représenté respectivement des cellules opérateurs permettant d'engendrer, à partir des vecteurs impulsion précédemment définis et de sous-dictionnaires constitués par le vecteur impulsion considéré et les vecteurs apparentés correspondant à chaque vecteur impulsion, le dictionnaire complet comprenant la réunion de l'ensemble de tous les sous-dictionnaires.In FIGS. 3a and 3b, operator cells have been shown respectively making it possible to generate, from the previously defined pulse vectors and from sub-dictionaries constituted by the pulse vector considered and the related vectors corresponding to each pulse vector, the complete dictionary comprising the collection of all of the sub-dictionaries.

Chaque opérateur tel que représenté en figure 3a comprend un opérateur dit opérateur de retard R dont la fonction de transfert est notée Z+1, selon la notation classique de transformée en Z, un opérateur symétriseur noté Sy lequel a pour fonction de multiplier les composantes de tous les vecteurs présentés à son entrée par la valeur +1, par la valeur O puis par la valeur -1 et un sommateur, noté S, recevant la sortie de l'opérateur de retard R et du symétriseur Sy. Le sommateur S reçoit la sortie de l'opérateur de retard R par l'intermédiaire d'un commutateur I, en position F, ou le vecteur nul [0,0,0,0,0] de dimension L en position O. Les opérateurs représentés en figure 3a sont constitués par un seul et même opérateur représenté en 1), 2) et 3) à des étapes différentes de processus de traitement pour engendrer les vecteurs de base yi du dictionnaire Yn précité.Each operator as represented in FIG. 3a comprises an operator called delay operator R whose transfer function is denoted Z +1 , according to the classical notation of transform into Z, a symmetrizer operator denoted Sy which has the function of multiplying the components of all the vectors presented at its entry by the value +1, by the value O then by the value -1 and a summator, noted S, receiving the output of the delay operator R and the symmetrizer Sy. The summator S receives the output of the delay operator R via a switch I, in position F, or the zero vector [0,0,0,0,0] of dimension L in position O. The operators represented in FIG. 3a are constituted by a single operator represented in 1), 2) and 3) at different stages of the processing process to generate the basic vectors yi of the abovementioned dictionary Yn.

En début de processus de génération des vecteurs de base yi, tel que représenté au point 1) de la figure 3a, l'impulsion initiale ou vecteur d'impulsion δ L-1 est présente à l'entrée de l'opérateur de retard R. Le symétriseur Sy est alors alimenté par un sous-dictionnaire noté DO ¯

Figure imgb0004
lequel est constitué initialement par le vecteur impulsion δ L-1 précité. Le symétriseur Sy délivre un sous-dictionnaire symétrique noté DO ¯
Figure imgb0005
, tel que représenté en figure 3b, et le sommateur S, lequel reçoit le vecteur impulsion δ L-2 délivré par l'opérateur de retard R, vecteur impulsion de rang q = L-2, ou le vecteur nul, et le sous-dictionnaire symétrique DO ¯
Figure imgb0006
, délivre en sortie le dictionnaire D1 constitué par les vecteurs de base y0, y1, y2 et y3. On notera bien sûr, ainsi que représenté en figure 3b, qu'au vecteur impulsion δ L-2 est associé le sous-dictionnaire D1 formé par les vecteurs apparentés y1, y2, y3 au vecteur impulsion δ L-2 et par le vecteur impulsion à L-1 initial formant le vecteur de base y0, ainsi que le vecteur nul. Bien entendu, et de manière récursive ainsi que représenté au point 2) de la figure 3a, l'opérateur permettant d'engendrer les vecteurs de base yi est tel que celui-ci reçoit au niveau de l'opérateur de retard R le vecteur impulsion à L-m, au niveau du symétriseur Sy, le dictionnaire noté D m-1 formé récursivement comme le dictionnaire D1, le sommateur S tel que représenté au point 2 de la figure 3a délivrant alors à partir du vecteur impulsion δ L-m-1 précité délivré par l'opérateur de retard R ou du vecteur nul et par le sous-dictionnaire D m-1 ¯
Figure imgb0007
le sous dictionnaire Dm.At the start of the process of generating the basic vectors yi, as represented in point 1) of FIG. 3a, the initial pulse or pulse vector δ L-1 is present at the input of the delay operator R The symmetrizer Sy is then supplied by a sub-dictionary noted DO ¯
Figure imgb0004
which is initially formed by the above-mentioned pulse vector δ L-1. Sy balancer delivers a sub-dictionary symmetrical noted DO ¯
Figure imgb0005
, as shown in FIG. 3b, and the summator S, which receives the pulse vector δ L-2 delivered by the delay operator R, pulse vector of rank q = L-2, or the zero vector, and the sub- symmetric dictionary DO ¯
Figure imgb0006
, outputs the dictionary D1 consisting of the basic vectors y0, y1, y2 and y3. It will of course be noted, as shown in FIG. 3b, that the pulse vector δ L-2 is associated with the sub-dictionary D1 formed by the related vectors y1, y2, y3 with the pulse vector δ L-2 and by the pulse vector to initial L-1 forming the basic vector y0, as well as the zero vector. Of course, and recursively as shown in point 2) of FIG. 3a, the operator making it possible to generate the basic vectors yi is such that the latter receives the impulse vector at the level of the delay operator R at Lm, at the symmetrizer Sy, the dictionary denoted D m-1 formed recursively like the dictionary D1, the summator S as represented in point 2 of FIG. 3a then delivering from the above-mentioned pulse vector δ Lm-1 delivered by the delay operator R or the zero vector and by the sub-dictionary D m-1 ¯
Figure imgb0007
the Dm dictionary.

Par itération il est ainsi possible et de manière récursive d'engendrer à partir de l'ensemble des vecteurs impulsion, tel que précédemment décrit, les vecteurs apparentés et les sous-dictionnaires correspondants puis finalement le dictionnaire complet. On notera que, sur la figure 3b, les * représentés au niveau des composantes yi(j) pour le processus de traitement de niveau m correspondent à des valeurs 0, -1 ou +1 lorsque les vecteurs sont des vecteurs ternaires. Bien entendu, dans le cas de vecteurs n-aires les * représentent des valeurs comprises entre -n/2 et +n/2, dans les conditions précédemment mentionnées.By iteration it is thus possible and recursively to generate from the set of impulse vectors, as previously described, the related vectors and the corresponding sub-dictionaries and finally the complete dictionary. It will be noted that, in FIG. 3b, the * represented at the level of the components yi (j) for the processing process of level m correspond to values 0, -1 or +1 when the vectors are ternary vectors. Of course, in the case of n-ary vectors the * represent values between -n / 2 and + n / 2, under the conditions previously mentioned.

On notera que le dictionnaire ternaire total, somme ou réunion de tous les sous-dictionnaires de niveau intermédiaire m, jusqu'à L peut être obtenu pour les seules valeurs positives ou négatives des composantes yi(j), le dictionnaire total pouvant alors être obtenu par symétrisation par l'intermédiaire d'un opérateur de symétrisation tel que Sy.It will be noted that the total ternary dictionary, sum or union of all the sub-dictionaries of intermediate level m, up to L can be obtained for the only positive or negative values of the components yi (j) , the dictionary total can then be obtained by symmetrization through a symmetrization operator such as Sy.

De la même manière, le calcul de la réponse partielle à un instant t = L-1, c'est-à-dire à un instant relatif correspondant à l'occurrence du vecteur impulsion δ L-1, du système H constitué par le filtre de synthèse et par le filtre de pondération perceptuelle excité par les vecteurs de base ternaire yi peut être décrit à l'aide des opérateurs précédents. La réponse partielle à l'instant t = L-1 est notée SL-1(yi).In the same way, the computation of the partial response at an instant t = L-1, that is to say at a relative instant corresponding to the occurrence of the impulse vector δ L-1, of the system H constituted by the synthesis filter and the perceptual weighting filter excited by the ternary basic vectors yi can be described using the preceding operators. The partial response at time t = L-1 is denoted SL-1 (yi).

Au niveau du premier opérateur de calcul, noté 1 sur la figure 4, cet opérateur est tel que les réponses impulsionnelles du système H au temps relatif 0, 1, 2, L-1 c'est-à-dire les valeurs h0, h1, hL-2, hL-1 sont appliquées à l'opérateur précité.At the level of the first calculation operator, noted 1 in FIG. 4, this operator is such that the impulse responses of the system H at the relative time 0, 1, 2, L-1, that is to say the values h 0 , h 1 , h L-2 , h L-1 are applied to the aforementioned operator.

On rappelle que l'opérateur SL-1 représente ici aussi l'addition à chaque élément hL-m-1 ou à la valeur zéro de toutes les réponses partielles à t = L-1 des vecteurs du dictionnaire symétrisé délivré par le symétriseur Sy de niveau m.It is recalled that the operator SL-1 here also represents the addition to each element h Lm-1 or to the value zero of all the partial responses to t = L-1 of the vectors of the symmetrized dictionary delivered by the symmetrizer Sy of level m.

On obtient ainsi SL-1(Dm) ensemble des réponses t = L-1 des vecteurs de Dm.We thus obtain S L-1 (Dm) together of the responses t = L-1 of the vectors of Dm.

L'opérateur de symétrisation Sy multiplie les éléments de SL-1(Dm-1) par +1, 0, -1 et réalise, ainsi que décrit précédemment, la réunion des éléments distincts obtenus. Enfin, le dernier opérateur représenté en 3 à la figure 4 fournit la réponse à t = L-1 des vecteurs ternaires yi dont la première coordonnée est -1.The symmetrization operator Sy multiplies the elements of S L-1 (Dm-1) by +1, 0, -1 and realizes, as described above, the union of the distinct elements obtained. Finally, the last operator represented at 3 in FIG. 4 provides the response to t = L-1 of the ternary vectors yi whose first coordinate is -1.

On notera que la réponse du système linéaire de la matrice H aux vecteurs ternaires qui lui sont appliqués peut donc être réalisée selon la même architecture que précédemment en appliquant la transformation linéaire H à chaque noeud de cette architecture.It will be noted that the response of the linear system of the matrix H to the ternary vectors which are applied to it can therefore be carried out according to the same architecture as previously by applying the linear transformation H to each node of this architecture.

Les énergies perceptuelles des vecteurs ternaires peuvent alors se déduire des seules réponses partielles précédemment décrites à t = L-1.The perceptual energies of the ternary vectors can then be deduced from the only partial responses previously described at t = L-1.

En effet, : la réponse de la matrice H à l'excitation par un vecteur yi s'écrit :

Figure imgb0008
Indeed,: the response of the matrix H to the excitation by a vector yi is written:
Figure imgb0008

En effet, par définition la réponse à l'instant relatif t = L-1, notée SL-1(yi) est la coordonnée d'ordre L-1 de Hyi.Indeed, by definition the response at the relative time t = L-1, noted SL-1 (yi) is the coordinate of order L-1 of Hyi.

Cependant, on peut écrire :

Figure imgb0009
et
Figure imgb0010
However, we can write:
Figure imgb0009
and
Figure imgb0010

On notera que y'i et y"i ont même norme et l'on peut démontrer, en notant z-1 l'opérateur de retard élémentaire, la relation ci-après : ∥y'i∥ 2 = ∥y"i∥ 2 = ∥H.z -1 yi∥ 2

Figure imgb0011
∥H.yi∥ 2 = S L-1 (yi) 2 + ∥H.z -1 yi∥ 2
Figure imgb0012
It will be noted that y'i and y "i have the same norm and we can demonstrate, by noting z -1 the elementary delay operator, the following relation: ∥y'i∥ 2 = ∥y "i∥ 2 = ∥Hz -1 yi∥ 2
Figure imgb0011
∥H.yi∥ 2 = S L-1 (yi) 2 + ∥Hz -1 yi∥ 2
Figure imgb0012

Cependant, si yi appartient à Dm, z-1.yi appartient à Dm-1.However, if yi belongs to Dm, z -1 .yi belongs to Dm-1.

Un processus itératif permet donc de calculer les énergies perceptuelles pour D0 puis D1 puis DL-1. La valeur initiale est pour D0=δ L-1, c'est-à-dire le vecteur impulsion précédemment représenté en figure 3, h0 2.An iterative process therefore makes it possible to calculate the perceptual energies for D0 then D1 then DL-1. The initial value is for D0 = δ L-1, that is to say the impulse vector previously represented in figure 3, h 0 2 .

Un schéma de principe du processus de numérotation et de calcul des différentes entités mises en oeuvre par le critère de sélection conformément à l'objet de la présente invention sera décrit en liaison avec les figures 5a et 5b.A schematic diagram of the numbering and calculation process of the different entities implemented by the selection criterion in accordance with the object of the present invention will be described in connection with FIGS. 5a and 5b.

De manière générale, ainsi que représenté en figure 5a, les vecteurs de base yi ainsi que déjà décrit précédemment peuvent être engendrés selon le graphe de génération globale à raison de 3° = 1 vecteur est engendré au niveau 0, le vecteur y0, 31 sont engendrés au niveau 1, les vecteurs y1, y2, y3 et ainsi de suite, 3L-1 vecteurs de base au niveau L-1.In general, as shown in FIG. 5a, the basic vectors yi as already described above can be generated according to the global generation graph at the rate of 3 ° = 1 vector is generated at level 0, the vector y0, 3 1 are generated at level 1, the vectors y1, y2, y3 and so on, 3 L-1 basic vectors at level L-1.

La cellule élémentaire de détriplement est représentée en figure 5b à partir des vecteurs impulsion notés θ-1, θ0 et θ1. On notera que la sommation des vecteurs d'impulsion θ1, θ0 et θ-1 revient à remplacer la dernière coordonnée du vecteur de base incident par les valeurs de composantes +1, O ou -1.The elementary decryption cell is represented in Figure 5b from the pulse vectors noted not-1, θ0 and θ1. It will be noted that the summation of the pulse vectors ecteurs1, θ0 and θ-1 amounts to replacing the last coordinate of the incident base vector by the component values +1, O or -1.

On notera que l'architecture telle que représentée en figure 5a et 5b est celle d'une structure linéaire de graphes ternaires. Pour une structure n-aire on obtient un graphe n-aire.It will be noted that the architecture as represented in FIGS. 5a and 5b is that of a linear structure of ternary graphs. For an n-ary structure we get an n-ary graph.

Il est également possible d'obtenir une réalisation pratique de calcul de l'expression ∥H.yi∥2 = SL-1(yi)2 + ∥H.z-1yi∥2 grâce à l'architecture analogue ci-après. Cette architecture sera décrite en liaison avec les figures 5c et 5d.It is also possible to obtain a practical calculation for the expression ∥H.yi∥ 2 = SL-1 (yi) 2 + ∥Hz -1 yi∥ 2 thanks to the analogous architecture below. This architecture will be described in connection with Figures 5c and 5d.

On appelle E(i) l'expression E(i) = ∥H.yi∥2.We call E (i) the expression E (i) = ∥H.yi∥ 2 .

Ainsi qu'on l'a représenté en figure 5c le graphe global pour l'obtention des énergies est parcouru de droite à gauche, l'énergie initiale E(0) étant égale à SL-1(0)2.As shown in FIG. 5c, the global graph for obtaining the energies is traversed from right to left, the initial energy E (0) being equal to SL-1 (0) 2 .

La cellule élémentaire constitutive du graphe représenté en figure 5c est représentée en figure 5d.The elementary cell constituting the graph represented in FIG. 5c is represented in FIG. 5d.

On notera que la numérotation des vecteurs, c'est-à-dire l'affectation de leur indice i de vecteurs de base, peut correspondre soit à une numérotation rétrograde, tout indice p de la numérotation directe d'un vecteur ternaire vérifiant la relation correspondante en numérotation p' rétrograde p' = 3L-p-1. On comprendra bien entendu que l'ensemble des calculs peut être effectué soit avec la numérotation directe soit avec la numérotation rétrograde cette dernière étant préférée. Il est ensuite possible de transmettre les valeurs d'indice rétrograde par exemple ou les valeurs d'indice direct sur la ligne de transmission ainsi qu'il sera décrit ultérieurement dans la description.It will be noted that the numbering of the vectors, that is to say the assignment of their index i of basic vectors, can correspond either to a retrograde numbering, any index p of the direct numbering of a ternary vector verifying the relation corresponding in numbering p 'retrograde p' = 3 L -p-1. It will of course be understood that all the calculations can be carried out either with direct numbering or with retrograde numbering, the latter being preferred. It is then possible to transmit the retrograde index values for example or the direct index values on the transmission line as will be described later in the description.

On notera en outre, conformément aux pratiques antérieures en matière de codage de type CELP, que préalablement au filtrage de synthèse chaque vecteur de référence vk*,i* peut avantageusement être pondéré par un facteur de niveau prédit, noté a. Ce facteur de niveau prédit a est représentatif de l'énergie moyenne du signal d'excitation estimé sur au moins trois vecteurs excitation antérieurs successifs. Une telle opération sur les composantes yi(j) de chaque vecteur de référence ne sera pas décrite car elle correspond à une opération connue de l'homme de métier.It will also be noted, in accordance with previous practices in CELP-type coding, that prior to synthesis filtering each reference vector v k *, i * can advantageously be weighted by a factor of predicted level, noted a. This predicted level factor a is representative of the average energy of the excitation signal estimated on at least three successive previous excitation vectors. Such an operation on the components yi (j) of each reference vector will not be described since it corresponds to an operation known to those skilled in the art.

Une description plus détaillée d'un processus de calcul des produits scalaires de la forme <2χ|H.yi> où χ = x/σ pour tous les vecteurs de base yi sera maintenant décrite en liaison avec la figure 6.A more detailed description of a process for calculating scalar products of the form <2χ | H.yi> where χ = x / σ for all the basic vectors yi will now be described in conjunction with Figure 6.

On notera qu'en fait, compte tenu du facteur de niveau prédit σ introduit effectivement dans le processus de codage objet de la présente invention, il s'agit en fait de calculer l'expression <2x/σ|H.yi> pour tous les vecteurs ternaires yi.It will be noted that in fact, taking into account the predicted level factor σ effectively introduced into the coding process object of the present invention, it is in fact a question of calculating the expression <2x / σ | H.yi> for all the ternary vectors yi.

L'expression précédente est alors calculée en filtrant l'expression 2x/σ par la matrice transposée de la matrice H, soit Ht.The previous expression is then calculated by filtering the expression 2x / σ by the matrix transposed from the matrix H, ie H t .

Cette expression s'écrit : <2x/σ|H.yi> = <H t .(2x/σ)|yi>

Figure imgb0013
This expression is written: <2x / σ | H.yi> = <H t . (2x / σ) | yi>
Figure imgb0013

En posant x' =

Figure imgb0014
By setting x '=
Figure imgb0014

On peut obtenir l'expression <x'|yi> pour les vecteurs yi de base ternaire de la façon ci-après : on calcule l'expression : - <H t (2x/σ)|yi> = F(yi).

Figure imgb0015
The expression <x '| yi> for the ternary yi vectors can be obtained in the following way: the expression is calculated: - <H t (2x / σ) | yi> = F (yi).
Figure imgb0015

Le processus de calcul tel que représenté grâce à l'opérateur en figure 6 permet, de manière analogue au calcul des réponses partielles S L-1(yi) précédemment décrit, d'obtenir les quantités x'0, x'L-m-1, x'L-2 et donc les produits scalaires précités, le vecteur nul étant remplacé par la valeur nulle.The calculation process as represented by the operator in FIG. 6 allows, in a manner analogous to the calculation of the partial responses S L-1 (yi) previously described, to obtain the quantities x'0, x'Lm-1, x'L-2 and therefore the aforementioned scalar products, the null vector being replaced by the null value.

En ce qui concerne la détermination et l'attribution du facteur d'échelle νi à chacun des vecteurs de base yi on rappelle que chaque facteur d'échelle vi peut être déterminé à partir d'une pluralité N de trames, à partir d'une base de données de signal de parole, le facteur d'échelle νi pour chaque vecteur de base yi étant choisi de façon à rendre minimum pour la trame considérée le résidu de filtrage des trames précitées. On rappellera que plusieurs processus de détermination de chaque facteur d'échelle vi peuvent être envisagés.With regard to the determination and the attribution of the scale factor νi to each of the basic vectors yi it is recalled that each scale factor vi can be determined from a plurality N of frames, from a speech signal database, the scale factor νi for each base vector yi being chosen so as to make the filter residue of the aforementioned frames minimal for the frame considered. It will be recalled that several processes for determining each scale factor vi can be envisaged.

A titre d'exemple non limitatif, dans le cas de vecteurs de base de type ternaire et de dimension L=5 le tableau des facteurs d'échelle vi est donné ci-dessous par la table des 121 valeurs des facteurs d'échelle. La première valeur multiplie (-1,-1,-1,-1,-1) ..., la dernière (0,0,0,0,-1).
1.50, 1.66, 1.77, 1.28, 1.46, 1.36, 0.86, 2.47, 1.68, 1.51, 1.12, 1.04, 1.38, 1.86, 1.51, 4.23, 3.47, 1.96, 1.25, 2.28, 0.77, 2.50, 3.51, 0.87, 1.11, 1.16, 0.95, 1.29, 1.23, 1.85, 1.34, 1.55, 1.60, 1.51, 1.44, 1.21, 1.45, 1.95, 1.45, 1.73, 4.06, 1.73, 1.32, 1.39, 2.43, 1.38, 4.62, 1.35, 1.92, 2.15, 1.44, 2.20, 1.95, 1.07, 0.88, 1.56, 1.48, 1.33, 1.64, 1.70, 1.44, 3.33, 1.10, 1.89, 0.80, 2.07, 1.27, 1.57, 3.82, 1.28, 1.31, 1.34, 1.94, 1.86, 1.25, 1.06, 2.15, 1.39, 0.89, 1.24, 1.32, 1.17, 1.45, 0.57, 1.28, 2.00, 4.88, 2.14, 2.98, 2.24, 1.23, 1.66, 1.41, 1.82, 3.44, 1.14, 3.15, 3.91, 1.60, 0.95, 1.74, 1.50, 1.12, 2.98, 1.16, 1.23, 1.34, 1.00, 2.06, 2.52, 4.52, 1.93, 2.89, 3.21, 1.39, 2.44, 2.38, 4.55, 3.00, 2.49, 3.17
By way of nonlimiting example, in the case of basic vectors of ternary type and of dimension L = 5 the table of the scale factors vi is given below by the table of 121 values of the scale factors. The first value multiplies (-1, -1, -1, -1, -1) ..., the last (0,0,0,0, -1).
1.50, 1.66, 1.77, 1.28, 1.46, 1.36, 0.86, 2.47, 1.68, 1.51, 1.12, 1.04, 1.38, 1.86, 1.51, 4.23, 3.47, 1.96, 1.25, 2.28, 0.77, 2.50, 3.51, 0.87, 1.11, 1.16, 0.95, 1.29, 1.23, 1.85, 1.34, 1.55, 1.60, 1.51, 1.44, 1.21, 1.45, 1.95, 1.45, 1.73, 4.06, 1.73, 1.32, 1.39, 2.43, 1.38, 4.62, 1.35, 1.92, 2.15, 1.44, 2.20, 1.95, 1.07, 0.88, 1.56, 1.48, 1.33, 1.64, 1.70, 1.44, 3.33, 1.10, 1.89, 0.80, 2.07, 1.27, 1.57, 3.82, 1.28, 1.31, 1.34, 1.94, 1.86, 1.25, 1.06, 2.15, 1.39, 0.89, 1.24, 1.32, 1.17, 1.45, 0.57, 1.28, 2.00, 4.88, 2.14, 2.98, 2.24, 1.23, 1.66, 1.41, 1.82, 3.44, 1.14, 3.15, 3.91, 1.60, 0.95, 1.74, 1.50, 1.12, 2.98, 1.16, 1.23, 1.34, 1.00, 2.06, 2.52, 4.52, 1.93, 2.89, 3.21, 1.39, 2.44, 2.38, 4.55, 3.00, 2.49, 3.17

Les valeurs optimales des indices k* et i* ayant été déterminées et numérotées de façon directe ou de façon rétrograde ainsi que décrit précédemment dans la description, en ce qui concerne notamment la valeur des indices i, la transmission de parole à bas débit est effectuée par la seule transmission, comme signal de code, des valeurs des indices k* et i* représentatifs de chaque vecteur de référence vk*,i*.The optimal values of the indices k * and i * having been determined and numbered directly or retrogradely as described previously in the description, as regards in particular the value of the indices i, the transmission of speech at low speed is effected by the only transmission, as code signal, of the values of the indices k * and i * representative of each reference vector v k *, i * .

En ce qui concerne la transmission des indices k* et i* précités on notera que la transmission peut être effectuée à l'aide de protocoles de transmission classique dans lesquels une redondance de l'information transmise est introduite afin d'assurer une transmission à taux d'erreur sensiblement nul. On comprendra bien sur que la valeur i* peut être transmise soit en numérotation directe soit en numérotation rétrograde, soit selon une numérotation traduite dont la table de traduction est connue du codeur comme du décodeur.With regard to the transmission of the aforementioned indices k * and i *, it will be noted that the transmission can be carried out using conventional transmission protocols in which a redundancy of the information transmitted is introduced in order to ensure transmission at a rate substantially zero error. It will of course be understood that the value i * can be transmitted either by direct numbering or by retrograde numbering, or according to a translated numbering whose translation table is known to the coder as well as to the decoder.

Une description plus détaillée du processus de décodage des informations transmises, c'est-à-dire du signal de code ainsi transmis conformément au procédé objet de l'invention, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 7.A more detailed description of the decoding process of the transmitted information, that is to say of the code signal thus transmitted in accordance with the method which is the subject of the invention, will now be given in conjunction with FIG. 7.

Conformément à la figure 7 précitée, le processus de décodage consiste à discriminer en 1000 les valeurs des indices k* et i* constituant le signal de code puis à décomposer en 1001 la valeur de l'indice i* représentatif du vecteur de référence optimal en base n afin de régénérer le vecteur de base correspondant yi*.In accordance with FIG. 7 above, the decoding process consists in discriminating in 1000 the values of the indices k * and i * constituting the code signal and then in decomposing into 1001 the value of the index i * representative of the optimal reference vector in base n in order to regenerate the corresponding base vector yi *.

La régénération du vecteur de base yi* est effectuée en 1002 à partir de la valeur de l'indice i* et du facteur d'échelle νi* correspondant, une correction du vecteur de base correspondant régénéré étant effectuée pour constituer le vecteur de référence vk*,i* = νi*,yi*.The regeneration of the base vector yi * is carried out in 1002 from the value of the index i * and the corresponding scale factor νi *, a correction of the corresponding base vector regenerated being carried out to constitute the reference vector v k *, i * = νi *, yi *.

Suite à l'opération précitée, le processus de décodage consiste à effectuer une opération de filtrage de synthèse 1003 du vecteur de référence pour engendrer le signal de parole reconstruit.Following the above-mentioned operation, the decoding process consists in carrying out a synthesis filtering operation 1003 of the reference vector to generate the reconstructed speech signal.

On notera bien sûr que, de même que dans le cas du processus de codage, dans le processus de codage du procédé objet de la présente invention, chaque vecteur de référence vk*,i* préalablement au filtrage de synthèse est pondéré par un facteur de niveau prédit σ lequel est estimé sur au moins trois vecteurs excitation antérieurs successifs. La détermination du niveau prédit σ ne sera pas décrite en détail car elle correspond au niveau du processus de décodage des opérations normalement connues de l'homme du métier.It will of course be noted that, as in the case of coding process, in the coding process of the method which is the subject of the present invention, each reference vector v k *, i * before the synthesis filtering is weighted by a predicted level factor σ which is estimated on at least three excitation vectors successive previous. The determination of the predicted level σ will not be described in detail since it corresponds to the level of the process of decoding the operations normally known to those skilled in the art.

Une description plus détaillée d'un système de transmission d'un signal de parole à bas débit conforme à l'objet de la présente invention sera décrit en liaison avec les figures 8 et 9.A more detailed description of a system for transmitting a low bit rate speech signal in accordance with the object of the present invention will be described in conjunction with FIGS. 8 and 9.

Selon la figure 8, le circuit de codage comporte un générateur 1 d'un premier dictionnaire Yn de vecteurs de base yi de forme n-aire de dimension L, les composantes de ces vecteurs, ainsi que mentionné précédemment, pouvant prendre les valeurs comprises entre -n/2 à n/2. On notera bien entendu que le générateur du dictionnaire Yn peut avantageusement être constitué par des moyens calculateurs comportant les opérateurs tels que décrits en figures 3a, 3b par exemple et/ou un circuit de mémorisation lequel peut être constitué par une mémoire vive associée à ce circuit calculateur ou par une mémoire morte. Dans ce cas, la mémoire morte est associée à un séquenceur rapide lequel permet d'effectuer une lecture successive des vecteurs de base yi selon les indices en numérotation directe ou rétrograde ainsi que décrit précédemment.According to FIG. 8, the coding circuit comprises a generator 1 of a first dictionary Yn of basic vectors yi of n-ary shape of dimension L, the components of these vectors, as mentioned previously, being able to take the values between -n / 2 to n / 2. It will of course be noted that the generator of the dictionary Yn can advantageously be constituted by calculating means comprising the operators as described in FIGS. 3a, 3b for example and / or a storage circuit which can be constituted by a random access memory associated with this circuit computer or by ROM. In this case, the read only memory is associated with a fast sequencer which makes it possible to carry out a successive reading of the basic vectors yi according to the indices in direct or retrograde numbering as described previously.

En outre, le circuit de codage tel que représenté en figure 8 comprend un circuit 2 correcteur des vecteurs de base yi par un facteur d'échelle νi. Le circuit correcteur peut être constitué par une table de valeurs mémorisées en mémoire morte, ce circuit correcteur permettant d'engendrer un vecteur de base corrigé noté yi ¯

Figure imgb0016
= νi.yi pour chaque vecteur de base yi. Un multiplexeur rapide noté MUX permet successivement de lire les valeurs correspondantes du vecteur de base corrigé yi ¯
Figure imgb0017
et de délivrer cette valeur correspondante à un circuit 3 générateur d'un deuxième dictionnaire de gain adaptatif gk. De manière classique, le circuit 3 générateur du deuxième dictionnaire G(y) peut comporter avantageusement un circuit amplificateur, noté 30, relié à une table des valeurs gk constituant le deuxième dictionnaire précité. Ainsi, le circuit générateur 3 du deuxième dictionnaire G(y) délivre les vecteurs de référence vk,i = gk.νi.yi.In addition, the coding circuit as represented in FIG. 8 comprises a circuit 2 correcting the basic vectors yi by a scale factor νi. The correction circuit can be constituted by a table of values memorized in read-only memory, this correction circuit making it possible to generate a corrected base vector noted yi ¯
Figure imgb0016
= νi.yi for each basic vector yi. A fast multiplexer denoted MUX makes it possible successively to read the corresponding values of the corrected base vector yi ¯
Figure imgb0017
and deliver this value corresponding to a circuit 3 generator of a second adaptive gain dictionary gk. Conventionally, the generator circuit 3 of the second dictionary G (y) may advantageously include an amplifier circuit, denoted 30, connected to a table of values gk constituting the aforementioned second dictionary. Thus, the generator circuit 3 of the second dictionary G (y) delivers the reference vectors v k, i = gk.νi.yi.

On notera bien sûr que le circuit de codage objet de la présente invention comporte également un circuit amplificateur 4 lequel permet d'appliquer à chaque vecteur de référence vk,i le coefficient de prédiction de niveau a tel que celui-ci a été défini précédemment dans la description.It will of course be noted that the coding circuit which is the subject of the present invention also comprises an amplifier circuit 4 which makes it possible to apply to each reference vector v k, i the level prediction coefficient a as defined above. in the description.

En outre, et de manière classique, le circuit de codage objet de la présente invention comporte ensuite disposés en cascade le filtre de synthèse noté 5 et le filtre de pondération perceptuelle noté 6 de transmission H ainsi que décrit précédemment dans la description. Un sommateur 7 permet de recevoir d'une part le signal d'origine par l'intermédiaire d'un même filtre de pondération perceptuelle 6 après inversion de la différence des signaux délivrés par le sommateur 7 sommateur algébrique, permettant l'application sur le signal ainsi obtenu du critère de distorsion minimum.In addition, and in a conventional manner, the coding circuit object of the present invention then comprises, arranged in cascade, the synthesis filter noted 5 and the perceptual weighting filter noted 6 of transmission H as described previously in the description. A summator 7 makes it possible to receive on the one hand the original signal via a same perceptual weighting filter 6 after inversion of the difference of the signals delivered by the algebraic summator 7, allowing the application on the signal thus obtained from the minimum distortion criterion.

Dans ce but, le circuit de codage objet de la présente invention comprend un circuit de calcul du minimum de distorsion 8 lequel comprend un premier circuit calculateur 80 du produit 2 gk<x/σ|H.νi.yi> dans lequel l'expression <x/σ|H.νi.yi> désigne le produit scalaire du vecteur cible x et du vecteur reconstitué et pondéré perceptuellement obtenu par le produit de la matrice H et du vecteur de base corrigé νi.yi. Le premier circuit calculateur 80 délivre un premier résultat de calcul r1.To this end, the coding circuit which is the subject of the present invention comprises a circuit for calculating the minimum distortion 8 which comprises a first calculating circuit 80 of the product 2 gk <x / σ | H.νi.yi> in which the expression <x / σ | H.νi.yi> denotes the scalar product of the target vector x and the perceptually reconstructed and weighted vector obtained by the product of the matrix H and the corrected base vector νi.yi. The first calculator circuit 80 delivers a first calculation result r1.

Un deuxième circuit calculateur 81 permet d'effectuer le calcul de l'énergie du vecteur reconstitué et pondéré perceptuellement, cette énergie étant de la forme gk2∥H.νi.yi∥2.A second calculator circuit 81 makes it possible to calculate the energy of the perceptually reconstructed and weighted vector, this energy being of the form gk 2 ∥H.νi.yi∥ 2 .

On notera que les circuits calculateurs 80 et 81 peuvent être constitués par des modules de programme dont les graphes de calcul ont été explicités en figures 4 et 5 a) à d) respectivement. Le deuxième circuit de calcul 81 délivre un deuxième résultat de calcul noté r2. Un comparateur 83 permet de comparer la valeur des résultats de calcul r1 et r2 ce qui permet de déterminer par discrimination des valeurs des indices i et k, les indices i* et k* pour lesquels le critère de minimum de l'écart quadratique est satisfait. La discrimination des indices i* et k* est effectuée par exemple par un programme de tri noté 84 sur la figure 8. Les valeurs des indices k* et i* sont alors délivrées, ces indices étant représentatifs du vecteur de référence correspondant vk*,i*.It will be noted that the computer circuits 80 and 81 can be constituted by program modules whose calculation graphs have been explained in FIGS. 4 and 5 a) to d) respectively. The second calculation circuit 81 delivers a second calculation result denoted r2. A comparator 83 makes it possible to compare the value of the calculation results r1 and r2 which makes it possible to determine by discrimination of the values of the indices i and k, the indices i * and k * for which the criterion of minimum of the quadratic difference is satisfied . The discrimination of the indices i * and k * is carried out for example by a sorting program noted 84 in FIG. 8. The values of the indices k * and i * are then delivered, these indices being representative of the corresponding reference vector v k * , i * .

Sur la figure 8, on a également représenté le circuit de transmission conforme à l'objet de la présente invention, ce circuit de transmission permettant de délivrer en tant que signal de code représentatif du signal de parole les seules valeurs des indices k* et i*. Ce circuit de transmission ne présente pas de caractéristique particulière dans la mesure où il peut en fait être constitué par un système de transmission de type classique utilisé dans les dispositifs de transmission de signaux de parole par codage de type CELP de l'art antérieur.FIG. 8 also shows the transmission circuit according to the subject of the present invention, this transmission circuit making it possible to deliver as a code signal representative of the speech signal the only values of the indices k * and i *. This transmission circuit does not have any particular characteristic insofar as it can in fact be constituted by a transmission system of conventional type used in the devices for transmitting speech signals by coding of CELP type of the prior art.

Une description plus détaillée d'un circuit de décodage permettant la mise en oeuvre du procédé objet de l'invention est représentée en figure 9.A more detailed description of a decoding circuit allowing the implementation of the method which is the subject of the invention is shown in FIG. 9.

Conformément à la figure précitée, le circuit de décodage comporte un module 10 de discrimination des valeurs des indices i*,k* du signal de code reçu, le signal de code étant transmis bien entendu selon un protocole particulier lequel n'entre pas dans l'objet de la présente invention. En outre, le circuit de discrimination 10 effectuant ainsi une transformation série parallèle des informations relatives aux indices i*,k*, le circuit de décodage comporte un circuit de décomposition en base n de la valeur de l'indice i*.In accordance with the above-mentioned figure, the decoding circuit comprises a module 10 for discriminating the values of the indices i *, k * of the code signal received, the code signal being of course transmitted according to a particular protocol which does not enter into the object of the present invention. In addition, the discrimination circuit 10 thus effecting a parallel series transformation of the information relating to the indices i *, k *, the decoding circuit comprises a circuit n-base decomposition of the value of the index i *.

On comprendra bien sûr que parallèlement l'indice k* est traité. Dans ce but, le circuit de décodage tel que représenté en figure 9 comprend une table des valeurs de gain adaptatif gk notée 11, laquelle, sur réception de la valeur de l'indice k*, permet de délivrer la valeur de gain adaptatif correspondant gk*. Ce circuit 11 peut être avantageusement constitué par une mémoire morte dans laquelle les valeurs de gain adaptatif gk sont mémorisées.It will of course be understood that in parallel the index k * is treated. For this purpose, the decoding circuit as shown in FIG. 9 comprises a table of the adaptive gain values gk denoted 11, which, on reception of the value of the index k *, makes it possible to deliver the corresponding adaptive gain value gk *. This circuit 11 can advantageously consist of a read-only memory in which the adaptive gain values gk are stored.

En outre, un circuit générateur 12 du facteur d'échelle νi* est prévu. Ce circuit peut consister en une mémoire morte formant une table de consultation, laquelle à la valeur i* fait correspondre la valeur νi*. Un circuit multiplicateur 12a permet d'engendrer un coefficient produit A = σ.gk*.νi* à partir des valeurs νi*,gk* et du coefficient de niveau prédit σ.
Ainsi qu'on l'a représenté également en figure 9, le circuit de décodage comprend un circuit 13 générateur du vecteur de base régénéré

Figure imgb0018
par décomposition en base n de la valeur de l'indice i*. Dans ce but, un circuit 14 fait correspondre à la valeur i* par transcodage des composantes en base n de la valeur de l'indice i*, la valeur [-n/2,...,0,...n/2], ce qui permet d'engendrer un vecteur de référence régénéré vk*,i* du produit du vecteur
Figure imgb0018
de base régénéré et du produit A.In addition, a generator circuit 12 of the scale factor νi * is provided. This circuit can consist of a read only memory forming a look-up table, which with the value i * makes correspond the value νi *. A multiplier circuit 12a makes it possible to generate a product coefficient A = σ.gk * .νi * from the values νi *, gk * and the predicted level coefficient σ.
As also shown in FIG. 9, the decoding circuit comprises a circuit 13 generating the regenerated base vector
Figure imgb0018
by decomposition into base n of the value of the index i *. For this purpose, a circuit 14 corresponds to the value i * by transcoding the components in base n of the value of the index i *, the value [-n / 2, ..., 0, ... n / 2], which makes it possible to generate a regenerated reference vector v k *, i * of the product of the vector
Figure imgb0018
regenerated base and product A.

Un filtre de synthèse 15 permet à partir du vecteur de référence régénéré

Figure imgb0020
d'engendrer le signal de parole reconstruit.A synthesis filter 15 allows starting from the regenerated reference vector
Figure imgb0020
to generate the reconstructed speech signal.

Le fonctionnement du circuit de décodage tel que représenté en figure 9 peut être résumé de la façon ci-après selon un fonctionnement préférentiel.The operation of the decoding circuit as shown in Figure 9 can be summarized as follows according to a preferred operation.

La double multiplication réalisée au niveau du multiplicateur 12 donne un facteur d'amplitude noté A = σ.gk*.νi*.The double multiplication carried out at the level of the multiplier 12 gives an amplitude factor noted A = σ.gk * .νi *.

Si l'indice i* du vecteur ternaire transmis correspond à la numérotation rétrograde on désigne par :
i' = (3L-3)/2 - i* et on effectue la synthèse du vecteur d'excitation ou vecteur de référence reconstitué vk*,i* comme suit :

  • étape courante (j,t),
  • si j modulo 3 vaut 0 alors vk*,i* (L-1-t) = -A
  • si j modulo 3 vaut 1 alors vk*,i* (L-1-t) = O
  • si j modulo 3 vaut 2 alors vk*,i* (L-1-t) = A
où vk*,i* (L-1-t) représente la composante de vk*,i* à l'ordre L-1-t.If the index i * of the ternary vector transmitted corresponds to the retrograde numbering, we denote by:
i '= (3 L -3) / 2 - i * and the vector is synthesized excitation or reconstructed reference vector v k *, i * as follows:
  • current step (j, t),
  • if j modulo 3 is worth 0 then v k *, i * (L-1-t) = -A
  • if j modulo 3 is worth 1 then v k *, i * (L-1-t) = O
  • if j modulo 3 is worth 2 then v k *, i * (L-1-t) = A
where v k *, i * (L-1-t) represents the component of v k *, i * in the order L-1-t.

On notera que j est divisé par 3, division entière, et t est augmenté de 1, addition de 1 à un nombre entier. On initialise la première étape par j=i' et t=O.Note that j is divided by 3, integer division, and t is increased by 1, addition of 1 to an integer. The first step is initialized by j = i 'and t = O.

Bien entendu, on répète l'étape courante jusqu'à ce que t=L-1 inclus.Of course, the current step is repeated until t = L-1 inclusive.

Si au contraire i* provient d'une numérotation directe, ainsi que décrit précédemment, alors i'=i et les opérations sur j modulo 3 sont effectuées comme précédemment mentionné.If on the contrary i * comes from a direct numbering, as described previously, then i '= i and the operations on j modulo 3 are carried out as previously mentioned.

On a ainsi décrit un procédé et un système de transmission de la parole à bas débit particulièrement performant dans la mesure où un avantage important réside dans le fait que le dictionnaire Yn n'a pas à être mémorisé au niveau du décodeur. Ainsi seuls les indices du vecteur de référence sont transmis au décodeur, un calcul permettant en temps réel de reconstituer le vecteur de référence correspondant ce qui permet un gain de ressource de mémoire au niveau de chaque décodeur utilisé. En outre et en raison des processus de génération des vecteurs de base, des processus de calcul des produits scalaires et des énergies perceptuelles, il n'est pas non plus nécessaire de mémoriser les vecteurs de base au niveau du codeur, ce qui permet un gain substantiel en matériel de mise en oeuvre.We have thus described a method and a system for transmitting speech at low speed which is particularly efficient insofar as an important advantage lies in the fact that the dictionary Yn does not have to be stored at the level of the decoder. Thus only the indices of the reference vector are transmitted to the decoder, a calculation making it possible in real time to reconstruct the corresponding reference vector, which allows a saving of memory resource at the level of each decoder used. In addition and due to the processes of generation of the basic vectors, the processes of calculation of the scalar products and of the perceptual energies, it is also not necessary to memorize the basic vectors at the level of the coder, which allows a gain substantial in implementation material.

On comprendra également que les algorithmes de calcul décrits dans la description de l'objet de la présente invention permettent d'obtenir une très grande rapidité de calcul de par la rationalisation des opérations de calcul utilisés, et une simplification des matériels nécessaires à leur mise en oeuvre.It will also be understood that the calculation algorithms described in the description of the object of the present invention make it possible to obtain a very high calculation speed by rationalizing the calculation operations used, and a simplification of the materials necessary for their implementation.

On notera enfin que le procédé et le système de transmission d'un signal de parole codé à bas débit objet de la présente invention ont été décrits dans le cas où le codage de type CELP met en oeuvre des vecteurs de base de type n-aire, le nombre n n'étant en principe pas limité. Bien entendu, un mode de réalisation préférentiel a été donné dans le cas où n=3, les vecteurs de base étant ainsi des vecteurs ternaires.Finally, it will be noted that the method and the system for transmitting a low bit rate coded speech signal which is the subject of the present invention have been described in the case where the CELP type coding implements basic vectors of n-ary type. , the number n being in principle not limited. Of course, a preferred embodiment has been given in the case where n = 3, the basic vectors thus being ternary vectors.

Toutefois un mode de réalisation basé sur le même principe a pu être réalisé pour des vecteurs pour lesquels n=5. Le dictionnaire Yn est alors réalisé à partir d'un alphabet à cinq symboles, les valeurs obtenues étant par exemple, de manière non limitative, le symbole 0, le symbole 0,5 et le symbole 1 plus les symboles symétriques -0,5 et -1, ce qui peut être ramené à des valeurs entières quelconques par changement d'échelle.However, an embodiment based on the same principle has been possible for vectors for which n = 5. The dictionary Yn is then produced from an alphabet with five symbols, the values obtained being for example, without limitation, the symbol 0, the symbol 0.5 and the symbol 1 plus the symmetrical symbols -0.5 and -1, which can be reduced to any integer values by change of scale.

Dans la mise en oeuvre d'un dictionnaire à cinq symboles, on a pu ainsi réaliser un procédé et un système de transmission à débit variable pouvant atteindre jusqu'à 24 Kbits par seconde.In the implementation of a dictionary with five symbols, it was thus possible to carry out a method and a transmission system with variable bit rate which can reach up to 24 Kbits per second.

Claims (12)

  1. A method of transmitting a speech signal at low throughput comprising a procedure for coding digital samples of speech by code excited linear prediction, in order to generate a code signal, a procedure for transmitting the code signal and a received code signal decoding procedure, the coding procedure corresponding to a procedure in which a waveform represented by a sample block comprising L sample values and constituting an initial vector (o) of dimension L is represented, on the basis of a synthesizing filter, by a reference waveform chosen from a dictionary of reference waveforms each forming a reference vector (v) relating to a criterion of minimum square deviation of the said initial vector (o) in relation to the said waveform or reference vector (v), min ∥χ-H.v∥2, where χ represents a target vector obtained by perceptual weighting of the said initial vector (o) and H represents a pulse-response matrix of dimension LxL resulting from the product of the synthesizing filter and of the linear perceptual weighting, wherein the said selection criterion consists:
    - in establishing a dictionnary factorized as a product of a first dictionary Yn, with n =2m+1 being an odd integer, and m being an integer different from zero, of basis vectors yi, of dimension L, each component yi(j) of said basis vectors having a given value belonging to the set of successive related integer values Im comprised between -m and m, with Im = {-m, -m+1, ...-1,0,1, ...m-1,m} forming a set of values comprising n=2m+1 elements, these basis vectors each being weighted by an associated scale factor νi which takes account of the distribution of excitation energy in the frequency domain of the signal and of a second dictionary G(y) of adaptive gains gk, in such a way as to thus represent the dictionary of waveforms or reference vectors, each reference vector satisfying the relation vk,i = gk.νi.yi,
    - in establishing the minimum value of the square deviation min ∥χ-gk.H.νi.yi∥2 by calculating the maximum of C(gk,νi.yi) = 2gk <χ|H.νi.yi> - gk2 ∥H.νi.yi∥2 by calculating all the scalar products <χ|H.νi.yi> and all the perceptual energies ∥H.y∥2, this making it possible to assign to the initial vector (o) the corresponding optimal reference vector vk*,i* with vk*,i* = gk*.νi.yi*, this optimal reference vector being represented by the sole values of the index parameters (k*,i*) satisfying the criterion min ∥χ-gk.H.νi.yi∥2.
  2. The method as claimed in claim 1, characterized by said minimum value of the square deviation min ∥χ-gk.H.νi.yi∥2 being evaluated by selecting the corresponding gain element gk of the second dictionary G(y) making it possible to minimize the difference |g-gk*| where g satisfies the relation: g = <χ|H.νi.yi> ∥H.νi.yi∥ 2 .
    Figure imgb0035
  3. The method as claimed in one of the claims 1 or 2, characterized by said first dictionary Yn, n=2m+1, of basis vectors yi, of n-ary form [-n/2, ..., 0, ...n/2] of dimension L comprising all the basis vectors whose L components have the value of one of the values [-n/2,...,0,... n/2] with the exception of the null vector, the index i of the basis vectors being made equal to the base n value of each basis vector after transcoding of the values [-n/2 0,...n/2] into a corresponding value [0,1,2...n].
  4. The method as claimed in claim 3, characterized by the set of basis vectors yi constituting the said dictionary Yn being defined from the n/2.L pulse vectors, of which a single component yi(j) of order j with j ∈ [O,L-1] is equal to -1, -2, ..., -n/2, each pulse vector being associated with the allied basis vectors having identical component values of order q < j, each vector allied to a pulse vector of rank q with q = j for yi(j) ≠ 0 being obtained by linear combination of the said pulse vector of rank q and of the pulse or allied vectors of higher rank q.
  5. The method as claimed in one of the claims 1 to 4, characterized by for each basis vector yi, the scale factor νi associated with it is determined experimentally, from a plurality N of frames consisting of L speech-signal values and forming a database, the scale factor νi for each basis vector yi being selected in such a way as to minimize, from the relevant frame, the filtering residue from the said frames.
  6. The method as claimed in claim 1, characterized by in order to ensure the transmission of the speech signal at low throughput, the transmission procedure consisting in transmitting as code signal the sole values of the indices (k*, i*) representing each reference vector vk*,i*.
  7. The method as claimed in claims 1 and 2, characterized by in order to ensure the decoding of the code signal, this method consisting:
    - in distinguishing (1000) the values of the indices k*,i* constituting the code signal,
    - in decomposing (1001) the value of the indice i*, representing the optimal reference vector to base n in order to generate the corresponding basis vector yi*,
    - in performing (1002), from the corresponding value of the index i* and of the corresponding scale factor νi*, a correction of the corresponding regenerated basis vector in order to build up the reference vector vk*,i* = νi*.yi*,
    - in performing a synthesizing filtering operation (1003) of the reference vector in order to generate the reconstructed speech signal.
  8. The method according to one of the preceding claims characterized by prior to the synthesizing filtering, each reference vector vk*,i* being weighted (1004) by a predicted level factor a representing the average energy of the excitation signal estimated over at least three successive earlier excitation vectors.
  9. A system for transmitting a speech signal at low throughput comprising a circuit for coding digital samples of speech by code excited linear prediction in order to generate a code signal, a circuit for transmitting this code signal, and a circuit for decoding the transmitted code signal, the coding circuit comprising a synthesizing filter making it possible to represent a waveform consisting of a sample block constituting an initial vector (o) of dimension L, by a reference waveform chosen from a dictionary of reference waveforms each forming a reference vector (v) relating to a criterion of minimum square deviation of the said initial vector (o) in relation to the waveform or reference vector (v), means of perceptual weighting of the said initial vector (o) in order to generate a target vector χ from the said initial vector (o), the said criterion of minimum square deviation of the initial vector (o) in relation to the said waveform or reference vector (v) being of the form min ∥χ-H.v∥2 where H represents a pulse-response matrix of the dimension LxL resulting from the product of the said synthesizing filter and of the said linear perceptual weighting, characterized by, in order to implement the said selection criterion, the said coding circuit comprising:
    - means (1) for generating a first dictionary Yn, with n=2m+1 being an odd integer, and m being an integer different from zero, of basis vectors yi of dimension L, each component yi(j) of said basis vectors having a given value belonging to the set of successive relative integer values Im comprised between -m and m, with Im = {m,-m+1, ...,-1,0,1,...,m-1,m} forming a set of values comprising n=2m+1 elements,
    - means (2) for multiplicating the said basis vectors yi by a scale factor νi, this scale factor taking into account of the distribution of the excitation energy in the frequency domain of the signal, the said correcting means making it possible to generate a corrected basis vector y ¯
    Figure imgb0036
    i = νi.yi for each basis vector yi,
    - means (3) for generating a second dictionary G(y) of adaptive gains gk, comprising multiplier means making it possible, from the said corrected basis vector yi and from the gain values gk, to generate the said reference vectors vk,i = gk.νi.yi,
    - first means (80) of calculating the product 2gk <χ|H.νi.yi> where <χ|H.νi.yi> designates the scalar product of the said target vector χ and of the perceptually weighted reconstituted vector obtained by the product of the matrix H and of the corrected basis vector νi.yi, the said first calculation means delivering a first calculation result (r1),
    - second means (81) of calculating the energy of the perceptually weighted reconstituted vector gk2 ∥H.νi.yi∥2, the said second calculation means delivering a second calculation result (r2),
    - means (82) of comparing the said first and second calculation results, this making it possible to determine, by distinguishing the values of the indices i,k, the indices i* and k* for which the criterion of minimum square deviation is satisfied, the corresponding reference vector vk*,i* with vk*,i* = gk*.νi*.yi* being represented by the sole values of the indices k*, i* satisfying the criterion min∥χ-gk.H.νi.yi∥2.
  10. The system as claimed in claim 9, characterized by the transmission circuit making it possible to transmit, in the guise of a code signal representing the speech signal, the sole values of the indices k* and i*.
  11. The system as claimed in claim 9, characterized by the decoding circuit comprising :
    - means (10) for distinguishing the values of the indices i*, k* of the code signal received,
    - means (11) generating a dictionary G(y) for adaptive gains gk* from the distinguished values k*,
    - means (12) generating the corresponding scale factor νi*,
    - multiplying means (12a) for generating a product coefficient σ.gk*.νi* from the values i*,gk* and from a predicted level coefficient σ,
    - means (13) of decomposing to base n the index value i*,
    - means (14) generating the regenerated basis vector ŷi* corresponding to the value i* by transcoding of the components to base n of the index value i*, each value n,...2,1,0 of the expression to base n of the index value i* being associated with respectively the value [n/2,...0,...n/2], this making it possible to generate a regenerated reference vector
    Figure imgb0037
    , a synthesizing filter making it possible on the basis of the regenerated reference vector
    Figure imgb0037
    to generate the reconstructed speech signal.
  12. The system as claimed in one of claims 9 to 11, characterized by the said coding, respectively decoding circuit further comprising, upstream of the synthesizing filter, a circuit for correcting the reference vector vk*,i*, respectively regenerated reference vector
    Figure imgb0037
    by a predicted level factor representing the average energy of the excitation signal estimated over at least three successive earlier excitation vectors.
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