ES2308765T3 - Aparato y metodo para busqueda en un libro de codificacion fijo. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de búsqueda del libro de codificación fijo que comprende: una sección de generación del vector de excitación de pulso (101) adaptada para generar un vector de excitación de pulso; una primera sección de operación de convolución (151) adaptada para realizar la convolución de una respuesta de impulso de un filtro de síntesis ponderado perceptivamente con un vector de respuesta de impulso que tiene uno o más valores no cero en tiempos negativos, para generar segundo vector de respuesta de impulso que tiene uno o más valores no cero en tiempos negativos; una sección de generación de la matriz (152) adaptada para generar una matriz de convolución del tipo de Toeplitz por medio de un segundo sector respuesta de impulso generado por la primera sección de operación de convolución; y una segunda sección de operación de convolución (153) adaptada para llevar a cabo el procesamiento de la convolución en el vector excitación de pulso generado por la sección de generación del vector de excitación de pulso que usa la matriz generada por la sección de generación de la matriz.
Description
Aparato y método para búsqueda en un libro de
codificación fijo.
La presente invención se refiere a un aparato
para búsqueda en un libro de codificación fijo y algún método para
búsqueda en un libro de codificación fijo para usarlo en la
codificación por medio de un aparato de codificación de voz que
lleva a cabo la Predicción Lineal de Excitación por Códigos (CELP,
del inglés "Code excited linear prediction") de las señales de
voz.
Dado que el procesamiento de la búsqueda en el
libro de codificación fijo en un aparato de codificación de voz del
tipo CELP representa generalmente la mayor carga de procesamiento en
el proceso de la codificación de voz, se han desarrollado
convencionalmente varias configuraciones del libro de codificación
fijo y de los métodos de busca de un libro de codificación fijo.
Los libros de codificación fijos que usan un
libro de codificación algebraico, lo que se adopta ampliamente en
los códecs de normas internacionales tales como las recomendaciones
ITU-T G.729 y G.723.1 o la norma 3GPP AMR, o
similares, reducen relativamente la carga de procesamiento para la
búsqueda (ver por ejemplo los documentos no de patente 1 a 3). Con
estos libros de codificación fijos, a través de hacer escaso el
número de pulsos generados desde el libro de codificación
algebraico, puede reducirse la carga de procesamiento requerida para
la búsqueda en el libro de codificación fijo. Sin embargo, dado que
hay un límite en las características de la señal que puede
representarse por medio de la excitación de pulsos escasos, hay
casos en los que surge un problema en la calidad de la
codificación. Para tratar este problema, se ha propuesto una técnica
por medio de la cual se aplica un filtro para caracterizar al pulso
de excitación generado desde el libro de codificación algebraico
(ver el documento no de patente 4, por
ejemplo).
ejemplo).
Documento no de patente 1: Recomendación
ITU-T G.729, "Coding of Speech at 8 kbit/s using
Conjugate-structure
Algebraic-Code-Excited
Linear-Prediction (CS-ACELP)",
marzo de 1996.
Documento no de patente 2: Recomendación
ITU-T G.723.1, "Dual Rate Speech Coder for
Multimedia Communications Transmitting at 5.3 and 6.3 kbit/s",
marzo de 1996.
Documento no de patente 3: 3GPP TS 26.090,
"AMR speech codec; Trans-coding functions"
V4.0.0, marzo de 2001.
Documento no de patente 4: R. Hagen y otros,
"Removal of sparse-excitation artifacts in
CELP", IEEE ICASSP '98, páginas 145 a 148, 1998.
Sin embargo, en el caso de que el filtro
aplicado al pulso de excitación no pueda representarse por una
matriz de Toeplitz triangular inferior (por ejemplo, en el caso de
un filtro que tenga valores en los tiempos negativos en casos tales
como el del procesamiento de convolución cíclico como se describe en
el documento no de patente 4), se requieren una memoria y unas
cargas de cálculo extra para las operaciones de matriz.
Es por tanto un objeto de la presente invención
proporcionar un aparato de codificación de voz que minimice el
aumento en las cargas de cálculo, incluso si el filtro aplicado al
pulso de excitación tiene la característica de que no puede ser
representado por una matriz triangular inferior, y realizar una
búsqueda casi óptima en el libro de codificación fijo.
La presente invención alcanza el objetivo
mencionado anteriormente usando un aparato de búsqueda en el libro
de codificación fijo dotado con: una sección de generación del
vector de excitación de pulso adaptada para generar el vector de
excitación de pulso; una primera sección de operación de convolución
adaptada para convolucionar una respuesta al impulso de un filtro
de síntesis ponderado perceptivamente con un vector de respuesta al
impulso que tiene uno o más valores no cero en los tiempos
negativos, para generar un segundo vector de respuesta a impulso
que tiene uno o más valores no cero en los tiempos negativos; una
sección de generación de la matriz adaptada para generar una matriz
de convolución del tipo Toeplitz por medio del segundo vector de
respuesta al impulso generado por la primera sección de operación
de convolución; y una segunda sección de operación de convolución
adaptada para llevar a cabo el procesamiento de la convolución en el
vector de excitación de pulso generado por la sección de generación
del vector de excitación de pulso que usa la matriz generada por la
sección de generación de la
matriz.
matriz.
\newpage
También, la presente invención alcanza el
objetivo mencionado anteriormente por medio de un método de búsqueda
en el libro de codificación fijo que tiene: una etapa de generación
del vector de excitación de pulso de generación del vector de
excitación de pulso; una primera etapa de operación de convolución
para realizar la convolución de una respuesta al impulso de un
filtro de síntesis ponderado perceptivamente en un vector de
respuesta al impulso que tiene uno o más valores no cero en los
tiempos negativos, para generar un segundo vector de respuesta a
impulso que tiene uno o más valores no cero en los tiempos
negativos; una etapa de generación de la matriz para la generación
de una matriz de convolución del tipo Toeplitz usando el segundo
vector de respuesta al impulso generado en la primera etapa de
operación de convolución; y una segunda etapa de operación de
convolución para llevar a cabo el procesamiento de la convolución
en el vector de excitación de pulso que usa la matriz de convolución
del tipo Toeplitz.
De acuerdo con la presente invención, la función
de transferencia que no puede representarse por la matriz de
Toeplitz se aproxima por una matriz creada mediante el corte de
algunos elementos de fila de una matriz de Toeplitz triangular
inferior, de forma que se pueda llevar a cabo el procesamiento de la
codificación de las señales de voz con casi los mismos requisitos
de memoria y cargas de cálculo que en el caso de un filtro causal
representado por una matriz de Toeplitz triangular inferior.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que
muestra un aparato de generación del vector del libro de
codificación fijo de un aparato de codificación de voz de acuerdo
con una realización de la presente invención;
la Figura 2 es un diagrama de bloques que
muestra un ejemplo de un aparato de búsqueda en el libro de
codificación fijo de un aparato de codificación de voz de acuerdo
con una realización de la presente invención; y
la Figura 3 es un diagrama de bloques que
muestra un ejemplo de un aparato de codificación de voz de acuerdo
con una realización de la presente invención.
Las características de la presente invención
incluyen una configuración para llevar a cabo la búsqueda en el
libro de codificación fijo usando una matriz creada mediante el
truncado de una matriz de tipo Toeplitz triangular inferior por la
eliminación de algunos elementos de fila.
De aquí en adelante, se dará una descripción
detallada sobre la realización de la presente invención con
referencia a los dibujos adjuntos.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que
muestra una configuración de un aparato de generación del vector
del libro de codificación fijo 100 de un aparato de codificación de
voz de acuerdo con una realización de la presente invención. En la
presente realización, el aparato de generación del vector del libro
de codificación fijo 100 se usa como un libro de codificación fijo
de un aparato de codificación de voz del tipo CELP para ser montado
y empleado en un aparato terminal de comunicaciones tal como un
teléfono móvil, o similar.
El aparato de generación del vector del libro de
codificación fijo 100 tiene un libro de codificación algebraico 101
y una sección de operación de convolución 102.
El libro de codificación algebraico 101 genera
el vector de excitación de pulso c_{k} formado mediante la
disposición de los pulsos de excitación en una forma algebraica en
las posiciones designadas por índice k del libro de codificación
que se han introducido, y obtiene el vector de excitación de pulsos
generado para la sección de operación de convolución 102. La
estructura del libro de codificación algebraico puede tomar
cualquier forma. Por ejemplo, puede tomar la forma descrita en la
recomendación ITU-T G.729.
La sección de operación de convolución 102
realiza la convolución de un vector de respuesta al impulso, que se
introduce por separado y que tiene uno o más valores en los tiempos
negativos, con el vector de excitación de pulsos introducido desde
el libro de codificación algebraico 101, y obtiene un vector, que es
el resultado de la convolución, como un vector del libro de
codificación fijo. El vector de respuesta al impulso que tiene uno
más valores en los tiempos negativos puede tomar cualquier
configuración. Sin embargo, una configuración preferible del vector
tiene el elemento de amplitud más grande en el punto de tiempo 0, y
la mayor parte de la energía de todo el vector se concentra en el
punto de tiempo 0. También, es preferible que la longitud del
vector de la parte no causal (esto es, los elementos del vector en
los tiempos negativos) sea más corta que la parte causal que
incluye el punto de tiempo 0 (esto es, los elementos del vector en
los tiempos no negativos). El vector de respuesta al impulso que
tiene uno más valores no cero en los tiempos negativos puede
almacenarse por adelantado en una memoria como vector fijo, o puede
ser también un vector variable que se determina mediante el cálculo
cuando es necesario. De aquí en adelante, en la presente
realización, se dará una descripción completa de un ejemplo donde
una respuesta al impulso que tiene uno más valores no cero en
tiempos negativos, tiene valores desde el tiempo "-m" (en otras
palabras, todos los valores son 0 antes del tiempo "-m").
En la Figura 1, la señal s de síntesis ponderada
perceptivamente, que se obtiene pasando el vector de excitación de
pulso c_{k} generado desde el libro de codificación fijo por
referencia al índice k introducido del libro de codificación fijo,
a través del filtro de convolución F (correspondiente a la sección
de operación de convolución 102 de la Figura 1) y un filtro H de
síntesis ponderado perceptivamente no ilustrado, puede escribirse
como la siguiente ecuación (1):
Aquí, h(n), donde n = 0,
\cdot\cdot\cdot, N-1, muestra la respuesta de
impulso del filtro de síntesis ponderada perceptivamente,
f(n), donde n = -m, \cdot\cdot\cdot,
N-1, muestra la respuesta de impulso del filtro no
causal (esto es, la respuesta de impulso que tiene uno o más valores
no cero en tiempos negativos), y c_{k}(n), donde n = 0,
\cdot\cdot\cdot, N-1, muestra el vector de
excitación de pulso designado por el índice k, respectivamente.
La búsqueda en el libro de codificación fijo se
lleva a cabo encontrando la k que maximiza la siguiente ecuación
(2). En la ecuación (2) c_{k} es el producto escalar (o la
correlación cruzada) de la señal s de síntesis ponderada
perceptivamente obtenida por el paso del vector de excitación de
pulso (vector del libro de codificación fijo) c_{k} designado por
el índice k a través del filtro F de convolución y del filtro
H de síntesis ponderada perceptivamente, y el vector
objetivo x que será descrito a continuación, y E_{k} es la energía
de la señal s de síntesis ponderada perceptivamente obtenida
pasando a través del filtro F de convolución y del filtro
H de síntesis ponderada perceptivamente (esto es,
|s|^{2}).
x se denomina vector objetivo en la
codificación de voz CELP y se obtiene eliminando la respuesta a
entrada cero del filtro de síntesis ponderada perceptivamente de
una señal de voz de entrada ponderada perceptivamente. La señal de
voz de entrada ponderada perceptivamente es una señal obtenida
mediante la aplicación del filtro ponderado perceptivamente a la
señal de voz de entrada que es el objeto de la codificación. El
filtro ponderado perceptivamente es un filtro todo polos o del tipo
polo cero configurado mediante el uso de coeficientes predictivos
lineales obtenidos generalmente llevando a cabo un análisis de
predicción lineal de la señal de voz de entrada, y se usa
ampliamente en los aparatos de codificación de voz de tipo CELP. El
filtro de síntesis ponderada perceptivamente es un filtro en el que
el filtro de predicción lineal configurado mediante el uso de
coeficientes de predicción lineal cuantificados por el aparato de
codificación de voz de tipo CELP (esto es, el filtro de síntesis) y
el filtro ponderado perceptivamente anteriormente descrito se
conectan en cascada. Aunque estos componentes no se ilustran en la
presente realización, son comunes en los aparatos de codificación de
voz de tipo CELP. Por ejemplo, se describen en la recomendación
ITU-T G.729 como "vector objetivo", "filtro
de síntesis ponderado" y "respuesta con entrada nula del
filtro de síntesis ponderado". El sufijo "t" presenta la
matriz
transpuesta.
Sin embargo, como puede comprenderse a partir de
la ecuación (1), la matriz H'', que realiza la convolución
de la respuesta de impulso del filtro de síntesis ponderado
perceptivamente con la respuesta de impulso que tiene uno o más
valores no cero en los tiempos negativos, no es una matriz de
Toeplitz. Dado que las primeras m columnas de la matriz H''
se calculan usando columnas en las que se truncan parte o todos los
componentes no causales de la respuesta de impulso sobre la que se
realiza la convolución, son distintos a los componentes de las
columnas posteriores a la columna (m+1) que se calculan usando todos
los componentes no causales de la respuesta de impulso sobre la que
se realiza la convolución, y por tanto la matriz H'' no es
una matriz de Toeplitz. Por esta razón, deben calcularse m tipos de
respuestas de impulso, desde h^{(1)} a h^{(m)}, y almacenarse
por separado, lo que da como resultado un aumento en los
requerimientos de carga de cálculo y memoria para el cálculo de d y
\Phi.
Aquí, la ecuación (2) se aproxima mediante al
ecuación (3).
Aquí, d'^{t} se muestra por medio de la
siguiente ecuación (4).
En otras palabras, d'(i) se muestra mediante la
siguiente ecuación (5).
Aquí, x(n) muestra el n-ésimo elemento
del vector objetivo (n = 0, 1, \cdot\cdot\cdot,
N-1; siendo N la longitud del marco o sub marco que
es la unidad de tiempo para la codificación de la señal de
excitación), h^{(0)}(n) indica el elemento n (n = -m, 0,
\cdot\cdot\cdot, N-1) del vector obtenido
mediante la convolución de la respuesta de impulso que tiene uno o
más valores en los tiempos negativos con una respuesta de impulso
del filtro ponderado perceptivamente, respectivamente. El vector
objetivo es un vector que se emplea comúnmente en la codificación
CELP y se obtiene mediante la eliminación de la respuesta a entrada
cero del filtro de síntesis ponderado perceptivamente a partir de
la señal de voz de entrada ponderada perceptivamente.
h^{(0)}(n) es un vector obtenido mediante la aplicación de
un filtro no causal (respuesta de impulso f(n), n = -m,
\cdot\cdot\cdot, 0, \cdot\cdot\cdot,
N-1) a la respuesta de impulso h(n) (n = 0,
1, \cdot\cdot\cdot, N-1) del filtro de
síntesis ponderado perceptivamente, y se muestra mediante la
siguiente ecuación (6). h^{(0)}(n) también se convierte en
la respuesta de impulso de un filtro no causal (n = -m,
\cdot\cdot\cdot, 0, \cdot\cdot\cdot,
N-1).
También, la matriz \Phi' se indica mediante la
siguiente ecuación (7).
En otras palabras, cada elemento \varphi'(i,
j) de la matriz \Phi' se indica mediante la siguiente ecuación
(8).
Más específicamente, la matriz H'' se
convierte en la matriz H' mediante la aproximación del
elemento de la columna p-ésimo h^{(p)}(n), p = 1 a m, con
otro elemento de columna h^{(0)}(n). Esta matriz H'
es una matriz de Toeplitz, en la que se han truncado los elementos
de fila de una matriz de tipo Toeplitz triangular inferior. Incluso
si se introduce tal aproximación, cuando la energía de los elementos
no causales (componentes en los tiempos negativos) es
suficientemente pequeña cuando se compara con la energía de los
elementos causales (componentes en los tiempos no negativos, en
otras palabras, en los tiempos positivos, incluyendo el tiempo 0)
en el vector de respuesta de impulso que tiene uno o más valores en
los tiempos negativos, la influencia de la aproximación es
insignificante. También, dado que la aproximación se introduce solo
en los elementos de la primera columna a la columna m-ésima de la
matriz H'' (aquí m es la longitud de los elementos no
causales), cuanto más corto se hace m más despreciable se convierte
la influencia de la aproximación.
Por otro lado, hay una gran diferencia entre la
matriz \Phi' y la matriz \Phi en las cargas de cálculo cuando
se las calcula, esto es, aparece una gran diferencia dependiendo de
si se usa o no se usa la aproximación de la ecuación (3). Por
ejemplo, en comparación con el caso de la determinación de la matriz
\Phi_{0} = H^{t} H (H es la matriz de
Toeplitz triangular inferior que convoluciona la respuesta de
impulso del filtro ponderado perceptivamente en la ecuación (1)) en
un libro de codificación algebraico común que realiza la
convolución de la respuesta de impulso que no tiene valores en los
tiempos negativos, las operaciones m veces de
producto-suma básicamente aumentan la carga de
cálculo en el cálculo de la matriz \Phi' mediante el uso de la
aproximación de la ecuación (3), como se entiende a partir de la
ecuación (8). También, como se realiza con el código C de la
recomendación ITU-T G.729, \varphi'(i, j) puede
calcularse recursivamente para los elementos donde
(j-i) es constante (por ejemplo,
\varphi'(N-2, N-1),
\varphi'(N-3, N-2),
\cdot\cdot\cdot, \varphi'(0, 1)). Esta característica
especial realiza cálculos eficientes de los elementos de la matriz
\Phi', lo que significa que las operaciones m veces de
producto-suma no se añaden siempre a los elementos
de cálculo de la matriz \Phi'.
Por otro lado, en el cálculo de la matriz
\Phi, en el que no se usa la aproximación de la ecuación (3), se
necesita llevar a cabo cálculos de correlación únicos para el
cálculo de los elementos \varphi(p, k) =
\varphi(k, p), donde p = 0, \cdot\cdot\cdot, m, k =
0, \cdot\cdot,
N-1. Esto es, los vectores de respuesta de impulso usados para estos cálculos difieren de los vectores de respuesta de impulso usados para los cálculos de otros elementos de la matriz \Phi (en otras palabras ha de determinarse, no la correlación de h^{(0)} y h^{(0)}, sino la correlación de h^{(0)} y h^{(p)}, p = 1 a m). Estos elementos son elementos cuyos resultados de cálculo se obtienen hacia el final de la determinación recursiva. En otras palabras, se pierde la ventaja de que "los elementos pueden determinarse recursivamente, y por tanto los elementos de la matriz \Phi pueden calcularse de modo eficiente", como se ha descrito anteriormente. Esto significa que la cantidad de operaciones aumenta aproximadamente en proporción al número de elementos no causales del vector de respuesta de impulso que tiene uno o más valores en los tiempos negativos (por ejemplo, la cantidad de operaciones casi se dobla incluso en el caso de que m = 1).
N-1. Esto es, los vectores de respuesta de impulso usados para estos cálculos difieren de los vectores de respuesta de impulso usados para los cálculos de otros elementos de la matriz \Phi (en otras palabras ha de determinarse, no la correlación de h^{(0)} y h^{(0)}, sino la correlación de h^{(0)} y h^{(p)}, p = 1 a m). Estos elementos son elementos cuyos resultados de cálculo se obtienen hacia el final de la determinación recursiva. En otras palabras, se pierde la ventaja de que "los elementos pueden determinarse recursivamente, y por tanto los elementos de la matriz \Phi pueden calcularse de modo eficiente", como se ha descrito anteriormente. Esto significa que la cantidad de operaciones aumenta aproximadamente en proporción al número de elementos no causales del vector de respuesta de impulso que tiene uno o más valores en los tiempos negativos (por ejemplo, la cantidad de operaciones casi se dobla incluso en el caso de que m = 1).
La Figura 2 es un diagrama de bloques que
muestra un ejemplo de un aparato 150 de búsqueda del libro de
codificación fijo que lleva a cabo el método de búsqueda del libro
de codificación fijo anteriormente descrito.
El vector de respuesta de impulso que tiene uno
o más valores en los tiempos negativos y el vector de respuesta de
impulso del filtro de síntesis ponderado perceptivamente se
introducen en la sección de operación de convolución 151. La
sección de operación de convolución 151 calcula h^{(0)}(n)
por medio de la ecuación (6), y obtiene el resultado para la sección
de generación de la matriz 152.
La sección de generación de la matriz 152 genera
la matriz H' usando h^{(0)}(n), introducida por la
sección de operación de convolución 151, y obtiene el resultado
para la sección de operación de convolución 153.
La sección de operación de convolución 153
realiza la convolución del elemento h^{(0)}(n) de la matriz
H' introducido por la sección de generación de la matriz 152
con un vector excitación de pulso c_{k} introducido por el libro
de codificación algebraico 101, y obtiene el resultado para el
sumador 154.
El sumador 154 calcula una señal diferencial de
la señal de síntesis ponderada perceptivamente introducida desde la
sección de operación de convolución 153 y un vector objetivo que se
introduce por separado, y obtiene el resultado para la sección de
minimización del error 155.
La sección de minimización del error 155
especifica el índice k del libro de codificación para la generación
del vector de excitación de pulso c_{k} en el que la energía de la
señal diferencial introducida desde el sumador 154 se hace
mínima.
La Figura 3 es un diagrama de bloques que
muestra una configuración de un aparato de codificación de voz del
tipo CELP genérico 200 que se dota con el aparato de generación del
vector del libro de codificación fijo 100 mostrado en la Figura 1,
como una sección de generación del vector del libro de codificación
fijo 100a.
La señal de voz de entrada se introduce en la
sección de pre-procesamiento 201. La sección de
pre-procesamiento 201 lleva a cabo el
pre-procesamiento de forma que elimina los
componentes de corriente continua, y obtiene la señal procesada
para la sección de análisis de predicción lineal 202 y el sumador
203.
La sección de análisis de predicción lineal 202
lleva a cabo el análisis de predicción lineal de la señal
introducida desde la sección de pre-procesamiento
201, y obtiene los coeficientes de predicción lineal, que son el
resultado del análisis, para la sección de cuantificación LPC 204 y
para el filtro ponderado perceptivamente 205.
El sumador 203 calcula una señal diferencial de
la señal de voz de entrada, que se obtiene tras el
pre-procesamiento y que se introduce desde la
sección de pre-procesamiento 201, y una señal de voz
de síntesis introducida desde el filtro de síntesis 206, y obtiene
el resultado para el filtro ponderado perceptivamente 205.
La sección de cuantificación 204 lleva a cabo la
cuantificación y el procesamiento de la codificación de los
coeficientes de predicción lineal introducidos desde la sección de
análisis de predicción lineal 202, y obtiene respectivamente la LPC
cuantificada para el filtro de síntesis 206, y los resultados de
codificación para la sección de generación del flujo de bits
212.
El filtro ponderado perceptivamente 205 es un
filtro del tipo polo cero que se configura usando los coeficientes
de predicción lineales introducidos desde la sección de análisis de
predicción lineal 202, y lleva a cabo el procesamiento del filtrado
de la señal diferencial de la señal de voz de entrada, que se
obtiene tras el pre-procesamiento y se introduce
desde el sumador 203, y la señal de síntesis de voz, y obtiene el
resultado para la sección de minimización del error 207.
El filtro de síntesis 206 es un filtro de
predicción lineal construido mediante el uso de coeficientes de
predicción lineal cuantificados introducidos por la sección de
cuantificación LPC 204 y recibe como entrada una señal controladora
desde el sumador 211, lleva a cabo el procesamiento de la síntesis
de predicción lineal, y obtiene la señal de voz de síntesis
resultante para el sumador 203.
La sección de minimización del error 207 decide
los parámetros relacionados con la ganancia con respecto a la
sección de generación del vector del libro de codificación adaptable
208, la sección de generación del vector del libro de codificación
fijo 100a, el vector del libro de codificación adaptable y el vector
del libro de codificación fijo, de forma que la energía de la señal
introducida por el filtro ponderado perceptivamente 205 se hace
mínima, y obtiene estos resultados de codificación para la sección
de generación de flujo de bits 212. En este diagrama de bloques,
los parámetros relativos a la ganancia se supone que son
cuantificados y dan como resultado la obtención de una información
codificada dentro de la sección de minimización del error 207. Sin
embargo, una sección de cuantificación de la ganancia puede estar
fuera de la sección de minimización del error 207.
La sección de generación del vector del libro de
codificación adaptable 208 tiene un libro de codificación adaptable
que almacena en la memoria intermedia las señales controladoras
introducidas desde el sumador 211 en el pasado, genera un vector de
libro de codificación adaptable y obtiene el resultado para el
amplificador 209. El vector del libro de codificación adaptable se
especifica de acuerdo con las instrucciones de la sección de
minimización del error 207.
El amplificador 209 multiplica la ganancia del
libro de codificación adaptable introducida desde la sección de
minimización del error 207 por el vector del libro de codificación
adaptable introducido desde la sección de generación del vector del
libro de codificación adaptable 208 y obtiene el resultado para el
sumador 211.
La sección de generación del vector del libro de
codificación fijo 100a tiene la misma configuración que la del
aparato de generación del vector del libro de codificación fijo 100
mostrado en la Figura 1, y recibe como entrada información relativa
al índice del libro de codificación y la respuesta de impulso del
filtro no causal desde la sección de minimización del error 207,
genera un vector del libro de codificación fijo y obtiene el
resultado para el amplificador 210.
El amplificador 210 multiplica la ganancia del
libro de codificación fijo introducida desde la sección de
minimización del error 207 por el vector del libro de codificación
fijo introducido desde la sección de generación del vector del
libro de codificación fijo 100a y obtiene el resultado para el
sumador 211.
El sumador 211 suma la ganancia multiplicada del
vector del libro de codificación adaptable y el vector del libro de
codificación fijo, que se introduce desde los amplificadores 209 y
210, y obtiene el resultado, como una señal controladora del
filtro, para el filtro de síntesis 206.
La sección de generación del flujo de bits 212
recibe como entrada el resultado de la codificación de los
coeficientes de predicción lineal (esto es, LPC del inglés,
"Linear Prediction Coefficients") introducidos por la sección
de cuantificación LPC 204, y recibe los resultados de codificación
del vector del libro de codificación adaptable y del vector del
libro de codificación fijo y la información de ganancias para ellos,
que se ha introducido desde la sección de minimización del error
207, y las convierte en un flujo de bits y obtiene el flujo de
bits.
Cuando se deciden los parámetros del vector del
libro de codificación fijo en la sección de minimización del error
207, se ha usado el método de búsqueda del libro de codificación
fijo descrito anteriormente, y se ha usado un dispositivo tal como
el descrito en la Figura 2 como el aparato real de búsqueda del
libro de codificación fijo.
De esta forma, en la presente realización, en el
caso de que se aplique un filtro que tiene una respuesta de impulso
característica de que tiene uno o más valores en tiempos negativos
(generalmente denominado filtro no causal) a un vector de
excitación generado desde un libro de codificación algebraico, la
matriz correspondiente a la función de transferencia del bloque de
procesamiento en el que el filtro no causal y el filtro de síntesis
ponderado perceptivamente se conectan en cascada se aproxima por una
matriz de Toeplitz triangular inferior en la que los elementos de
la matriz se truncan sólo por el número de filas de la longitud de
la parte no causal. Esta aproximación hace posible suprimir un
aumento en las cargas de cálculo requeridas para la búsqueda en el
libro de codificación algebraico. También, en el caso de que el
número de elementos no causales sea menor que el número de
elementos causales, y/o si la energía de los elementos no causales
es menor que la energía de los elementos causales, puede suprimirse
la influencia de la aproximación anteriormente mencionada sobre la
calidad de la codificación.
La presente realización puede modificarse o
usarse como se describe a continuación.
El número de componentes causales en la
respuesta de impulso del filtro no causal puede limitarse a un
número especificado dentro de un rango en el que es mayor el número
de componentes no causales.
En la presente realización, se ha dado una
descripción sólo sobre el procesamiento en el momento de la búsqueda
del libro de codificación fijo.
En el aparato de codificación de voz del tipo
CELP, la cuantificación de la ganancia se lleva a cabo normalmente
tras la búsqueda del libro de codificación fijo.
Dado que el vector del libro de codificación de
excitación fijo que ha pasado a través del filtro de síntesis
ponderado perceptivamente (esto es, la señal de síntesis obtenida
mediante el paso del vector del libro de codificación de excitación
fijo seleccionado a través del filtro de síntesis ponderado
perceptivamente) se requiere en este momento, es común calcular
este "vector del libro de codificación de excitación fijo que ha
pasado a través del filtro de síntesis ponderado perceptivamente"
después de que se acabe la búsqueda del libro de codificación fijo.
La matriz de convolución de la respuesta de impulso a usarse en este
momento no es la matriz de convolución de respuesta de impulso
H^{(0)} por aproximación, que se ha usado en el momento de
la búsqueda, sino, preferiblemente, la matriz H'' en la que
sólo los elementos de las primeras m columnas (= a el caso en que
el número de elementos no causales es m) difieren de los otros
elementos.
También, en la presente realización, se ha
descrito que la longitud del vector en la parte no causal (esto es,
los elementos del vector en los tiempos negativos) es
preferiblemente más corto que la parte no causal que incluye el
tiempo 0 (esto es, los elementos del vector en los tiempos no
negativos). Sin embargo, la longitud de la parte no causal se fija
en menor que N/2 (N es la longitud del vector de excitación de
pulso).
En lo anterior, se ha dado una descripción de la
realización de la presente invención.
El aparato de búsqueda del libro de codificación
fijo y el aparato de codificación de voz de acuerdo con la presente
invención no se limitan a la realización descrita anteriormente, y
pueden modificarse y realizarse de varias maneras.
El aparato de búsqueda del libro de codificación
fijo y el aparato de codificación de voz de acuerdo con la presente
invención pueden montarse en un aparato terminal de comunicaciones y
en un aparato de estación base en un sistema de comunicaciones
móviles, y esto hace posible proporcionar una comunicación del
aparato terminal, del aparato de la estación base y el sistema de
comunicaciones móviles que tienen los mismos efectos operativos que
los descritos anteriormente.
También, aunque se ha descrito aquí un ejemplo
de un caso donde la presente invención se configura sobre un
equipo, la presente invención puede realizarse también por medio de
programación. Por ejemplo, el algoritmo del método de búsqueda del
libro de codificación fijo y el método de codificación de voz de
acuerdo con la presente invención pueden describirse mediante un
lenguaje de programación, y almacenando este programa en una
memoria y ejecutando el programa por medio de una sección de
procesamiento de información, es posible implementar las mismas
funciones que las del aparato de búsqueda del libro de codificación
fijo y del aparato de codificación de voz de la presente
invención.
Los términos "libro de codificación fijo" y
"libro de codificación adaptable" usados en la realización
anteriormente descrita pueden denominarse también como "libro de
codificación de excitación fijo" y "libro de codificación de
excitación adaptable".
Cada bloque de función utilizado en la
descripción de cada una de las realizaciones mencionadas
anteriormente puede implementarse típicamente como un LSI formado
por un circuito integrado. Éstos pueden ser chips individuales o
parcial o totalmente contenidos en un chip único.
Se adoptó aquí "LSI" pero puede denominarse
también como "IC", "sistema LSI", "súper LSI" o
"ultra LSI" dependiendo de los diferentes grados de
integración.
Adicionalmente, el método de la integración del
circuito no se limita a los LSI, y es posible también la
implementación usando circuitos dedicados o procesadores de
propósito general. Tras la fabricación del LSI, es posible también
la utilización de un FPGA (del inglés, "Field Programmable Gate
Array"; "Matriz de Puertas Programable en Campo") o de un
procesador reconfigurable donde las conexiones que los ajustes de
las células de un circuito dentro de un LSI pueden
reconfigurarse.
Adicionalmente, si surge una tecnología de
circuitos integrados para reemplazar a los LSI como resultado de
los avances de la tecnología de semiconductores o como una
derivación de otra tecnología, es posible naturalmente también
llevar a cabo la integración del bloque funcional usando esta
tecnología. Es posible también la aplicación en biotecnología.
El aparato de búsqueda del libro de codificación
fijo de la presente invención tienen el efecto de que, en el
aparato de codificación de voz del tipo CELP que busca un libro de
codificación algebraico como un libro de codificación fijo, es
posible añadir las características del filtro no causal al vector de
excitación de pulso generado desde el libro de codificación
algebraico, sin un aumento en el tamaño de la memoria ni una gran
carga de cálculo, y es útil en la búsqueda del libro de codificación
fijo del aparato de codificación de voz empleado en los aparatos de
terminales de comunicación tales como teléfonos móviles donde el
tamaño de memoria disponible está limitado y donde la comunicación
por radio se lleva a cabo forzadamente a baja velocidad.
Claims (7)
1. Un aparato de búsqueda del libro de
codificación fijo que comprende:
una sección de generación del vector de
excitación de pulso (101) adaptada para generar un vector de
excitación de pulso;
una primera sección de operación de convolución
(151) adaptada para realizar la convolución de una respuesta de
impulso de un filtro de síntesis ponderado perceptivamente con un
vector de respuesta de impulso que tiene uno o más valores no cero
en tiempos negativos, para generar segundo vector de respuesta de
impulso que tiene uno o más valores no cero en tiempos
negativos;
una sección de generación de la matriz (152)
adaptada para generar una matriz de convolución del tipo de Toeplitz
por medio de un segundo sector respuesta de impulso generado por la
primera sección de operación de convolución;
y
y
una segunda sección de operación de convolución
(153) adaptada para llevar a cabo el procesamiento de la convolución
en el vector excitación de pulso generado por la sección de
generación del vector de excitación de pulso que usa la matriz
generada por la sección de generación de la matriz.
2. El aparato de búsqueda del libro de
codificación fijo de la reivindicación 1, en donde la matriz de
convolución del tipo de Toeplitz se indica por la matriz H'
con
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
donde h^{(0)}(n), n = -m,
\cdot\cdot\cdot, 0, \cdot\cdot\cdot,
N-1, son los elementos de un segundo vector de
respuesta de impulso que tiene uno o más valores no cero en los
tiempos negativos
n.
3. El aparato de búsqueda del libro de
codificación fijo de la reivindicación 1, en donde la energía de los
componentes no cero del segundo vector de respuesta de impulso en
los tiempos negativos es menor que la energía de los componentes en
los tiempos no negativos.
4. El aparato de búsqueda del libro de
codificación fijo de la reivindicación 1, en donde una longitud de
tiempo de los componentes no cero del segundo vector de respuesta de
impulso en los tiempos negativos es más corta que una longitud de
tiempo de los componentes en los tiempos no negativos.
5. El aparato de búsqueda del libro de
codificación fijo de la reivindicación 1, en donde el segundo vector
de respuesta de impulso que tiene uno o más valores no cero en los
tiempos negativos comprende un componente no cero en un tiempo
negativo.
6. Un método de búsqueda del libro de
codificación fijo que comprende:
una etapa de generación del vector de excitación
de pulso de generación de un vector de excitación de pulso;
una primera etapa de operación de convolución de
convolución de una respuesta de impulso de un filtro de síntesis
ponderado perceptivamente con un vector de respuesta de impulso que
tiene uno o más valores no cero en tiempos negativos, para generar
segundo vector de respuesta de impulso que tiene uno o más valores
no cero en tiempos negativos;
una etapa de generación de la matriz de
generación de una matriz de convolución del tipo de Toeplitz por
medio de un segundo sector respuesta de impulso generado por la
primera etapa de operación de convolución; y
una segunda etapa de operación de convolución
para llevar a cabo el procesamiento de la convolución en el vector
excitación de pulso usando la matriz de convolución del tipo de
Toeplitz.
\newpage
7. El método de búsqueda del libro de
codificación fijo de la reivindicación 6, en donde la matriz de
convolución del tipo de Toeplitz se indica por la matriz H'
con
donde h^{(0)}(n), n = -m,
\cdot\cdot\cdot, 0, \cdot\cdot\cdot,
N-1, son los elementos de un segundo vector de
respuesta de impulso que tiene uno o más valores no cero en los
tiempos negativos
n.
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