JP2009527784A - Celp技術における、デジタルオーディオ信号の改善された符号化/復号化 - Google Patents
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Abstract
Description
-合成フィルタ(「LPC」フィルタと呼ばれ、LPCは「線形予測符号化」の略である)を推定するために、入力信号の短期予測が最初に実行される。
-次いで、LPCフィルタによる元の信号のフィルタリングにより得られる残留信号が、モデル化され(再構成された信号を生成するためにフィルタリングを使用するいわゆる「励振」信号により)、符号化される。
「Code-Excited Linear Production (CELP): High Quality Speech at Very Low Bit Rates」、B.S. Atal and M.R. Schroeder、ICASSP、1985年、937〜940頁。
-倍音の周期性をモデル化することを目的とする適応符号帳DICa、および
-非調和部および非有声音に対するいわゆる「固定」符号帳DICf。
-1/Aq(z)は、LPC合成フィルタ12に対応し、
-res(z)は、LPC残留信号であり、
-exc(z)は、
x(z)=H(z)(res(z)-excpast(z))
の関係式により定義されている。
E(z)=x(z)-H(z)×exccurrent(z)
の式である。
-基本パターンを形成する共通パルス列を供給し、
-前記N個の有効な位置から1つまたは複数のそれぞれの位置における1つまたは複数の出現に基づき、符号帳のそれぞれの励振ベクトルに基本パターンを割り当てることにより構築される。
-基本パターンを形成するパルス列と、
-それぞれのベクトル内のパターン出現の数と、
-前記パターンの出現に許されている位置の集合と、
-前記パターンの出現に関連付けられる振幅の集合とにより定義されうる。
-振幅項(場合によっては極性)、つまり、パターンに、出現毎に所定の値(例えば、±1)が掛け合わされることと、
-その出現におけるパターンの位置とにより定義される。
-基本パターン(1よりも大きい長さの)により、およびパターンの位置により、および異なる出現に応じた関連する振幅により定義される、非自明な、単一の基本符号帳、または
-基本符号帳のうちの少なくとも1つが、非自明な基本符号帳である、基本符号帳の合併、または
-基本符号帳のうちの少なくとも1つが、非自明な基本符号帳であり、すべてのパターンの出現が足し合わされる、場合によっては重み付けされる、基本符号帳の総和で構成されうる。
-中央パルス、
-中央パルスの前に来る第2のパルス、
-および中央パルスの後に続く第3のパルスを含むことができ、
第2のパルスと第3のパルスの符号は中央パルスの符号の反対であり、
第2のパルスと第3のパルスの振幅は、絶対値として、中央パルスの振幅よりも小さく、有利には、絶対値として、0から(0を含まない)中央パルスの振幅の約半分まで可変である。
-最良候補ベクトル内の基本パターンの1つまたは複数の位置の指示、および
-パターンの1つまたは複数の位置に関連する1つまたは複数の振幅の指示を含む指数が形成され、
前記指数は後続の復号化のために伝送されることが意図されている。
-たぶん符号帳の合併を使用する場合には、指数により示される初期符号帳に対応する基本パターンをすでに決定していることにより、
-指数により示されている位置に基本パターンを位置決めすることにより、
-指数により示されている関連する振幅をそれぞれの位置におけるパターンに掛け合わせることにより、
-および、前記示されている位置に位置決めされた掛け合わされたパターンを足し合わせることにより再構築される。
a)LPC合成フィルタと知覚フィルタとの積の結果として得られるフィルタのインパルス応答と符号帳の基本パターンとの畳み込みを計算して、畳み込みフィルタベクトルを得るステップと、
b)候補ターゲットベクトルと畳み込みフィルタベクトルとの間の相互相関ベクトルの要素を計算するステップと、
c)場合によっては少なくとも1つのブロックエッジで基本パターンの切り捨てを考慮するようにこの相互相関ベクトルの要素を補正するステップと、
d)畳み込みフィルタベクトルの自己相関行列の要素を計算するステップと、
e)場合によっては少なくとも1つのブロックエッジで基本パターンの切り捨てを考慮するように前記行列の要素を補正するステップと、
f)分子が相互相関ベクトルの要素を伴い、分母が自己相関行列の要素を伴う比の最大化として表されるCELP基準を使用して最良候補ベクトルの探索を実行するステップとを含む。
-集合Skから値をとって、出現に割り当てられた振幅Skにより、
-例えば、中心が置かれる位置akにより表すことができる、基本パターンの位置により特徴付けられる。akは、その値を集合Akからとり、場合によっては、範囲[0,N-1]の外に置くことができ、唯一の制約条件はもちろんパターンとブロックとの共通部分がゼロでないことである。
5(位置A0)×4(位置A1)×2(A0の極性)×2(A1の極性)=80ベクトル符号
を含む。
c'(n)=cc(n)+cg(n)+cd(n); -p≦n≦N-1+p
内の3つの部分を明らかにすることが可能である。
-ブロックの左エッジの効果は
-ブロックの右エッジの効果は
として、計算される(ステップ57)。
基本符号帳の合併により、それぞれの部分が1つの基本符号帳に対応する単一の符号帳を形成することが可能である。基本符号帳の1つによりうまく表される単一部分については、この信号部分を表すためにこの基本符号帳内に最良の波形を見つけることができる。
-第1の基本符号帳D1に対する単一パルスPat(D1)と、
-第2の基本符号帳D2に対する図3aのパターンによるパルス列Pat(D2)の列をそれぞれ含む2つのパターンを有する。
この実装は有利である。目的は、基本符号帳のベクトルを加えて符号帳を構築し、使用して、構成要素基本符号帳に特有の特徴を調べ、さらにはその組み合わせた特徴を利用することである。
h'(n)=-αh(n+1)+h(n)-αh(n-1)
が得られる。
(表記k=x→yは、実際には、「xからyまでの範囲のkについて」を意味することに留意されたい)。
a 値
c(n) ベクトル
D=D1+D2 グローバル符号帳
D1、D2 符号帳
H フィルタ
N 長さ
Pat(D1) 単一パルス
Pat(D2) 基本パターン
V1i、V2j ベクトル
V21、V22、V2n ベクトル
y(j)(-p=j=p) 基本パターン
Wi(z) 知覚フィルタ
10 LPC分析
11 知覚的重み付けフィルタ
12 LPC合成フィルタ
13、14 モジュール
21、22 モジュール
Claims (29)
- デジタルオーディオ信号を符号化/復号化するために、次元NのそれぞれのベクトルがN個の有効な位置を占有しうるパルスを含むCELPタイプの励振ベクトルの符号帳を構築する方法であって、
初期符号帳は、
-基本パターンを形成する共通パルス列を供給するステップと、
-前記N個の有効な位置から1つまたは複数のそれぞれの位置における1つまたは複数の出現に基づき、前記符号帳のそれぞれの励振ベクトルに前記基本パターンを割り当てるステップとにより構築されることを特徴とする方法。 - 励振ベクトルにおいてそれぞれの出現に現れる前記基本パターンは、前記出現に関連付けられている振幅を掛け合わされることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 出現に関連付けられている前記振幅は、値+1および-1を含む集合から選択されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記初期符号帳の前記ベクトルすべてが、前記パターンの同一の数の出現を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記初期符号帳は、
-前記基本パターンを形成するパルス列と、
-それぞれのベクトル内の前記パターンの出現の数と、
-前記パターンの前記出現に許されている位置の集合と、
-前記パターンの前記出現に関連付けられる振幅の集合とにより定義されることを特徴とする請求項4に記載の方法。 - ベクトルのブロックエッジのところに現れる前記パターンは、切り捨てが行われ、前記切り捨てされたパターンの残りのパルスは、前記ブロックの先頭または末尾を占有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- ベクトルのそれぞれのブロック内の前記パターンについて受理される前記位置のうち、前記パターン位置は、前記パターンが少なくとも部分的に重なり合うような位置であること、および重なり合う前記パターンの前記パルスは、1つずつ加えられることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- グローバル符号帳は、基本符号帳の総和により構築され、前記基本符号帳のうちの少なくとも1つは、基本パターンにより定義された初期符号帳であること、および前記グローバル符号帳の前記ベクトルは、前記基本符号帳の前記ベクトルの共通位置パルスを加えることにより形成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基本符号帳の前記ベクトルは、前記総和を構築するために、それぞれ符号帳に関連付けられている利得により重み付けされることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- グローバル符号帳は、基本符号帳の合併により構築され、前記基本符号帳のうちの少なくとも1つは、基本パターンにより定義された初期符号帳であること、および前記グローバル符号帳は、すべての前記基本符号帳のすべての前記ベクトルを含むことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記合併または前記総和に関わる前記符号帳のうちの少なくとも1つは、ACELPタイプであることを特徴とする請求項8から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記構築された符号帳は、ACELP符号帳のパルス位置の集合として構成された集合を記述する受理されたパターン位置を含むことを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基本パターンは、少なくとも1つの中央パルスを含み、前記中央パルスの前後に前記中央パルスの符号と反対の符号を持つ少なくとも1つのパルスが配置されることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記パターンは、3つのパルス、つまり、
-中央パルスと、
-前記中央パルスの前に来る第2のパルスと、
-前記中央パルスの後に続く第3のパルスとを含み、
前記第2のパルスと前記第3のパルスの符号は前記中央パルスの符号の反対であり、
前記第2のパルスと前記第3のパルスの振幅は、絶対値として、前記中央パルスの振幅よりも小さいことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 前記第1および第2のパルスの前記振幅は、絶対値として、0から前記中央パルスの前記振幅の約半分までの範囲で可変であることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 請求項1から15のいずれか一項に記載の符号帳を構築する前記方法を実装する命令を含むコンピュータプログラム。
- デジタルオーディオ信号を符号化/復号化するための、CELPタイプの励振ベクトルの符号帳であって、
N個の有効な位置のうちの1つまたは複数のそれぞれの位置における1つまたは複数の出現に基づき、基本パターンを形成する、共通パルス列を含む次元Nの励起ベクトルを含むことを特徴とするCELPタイプの励振ベクトルの符号帳。 - 請求項17に記載の少なくとも1つの符号帳を備える、デジタルオーディオ信号を符号化/復号化するデバイス。
- 請求項1から15のいずれか一項に記載の前記方法を実装することにより得られる少なくとも1つの初期符号帳を含む複数のカスケード配列された符号帳を備えることを特徴とする請求項18に記載のデバイス。
- 前記カスケード配列されている符号帳の前記ベクトルにおける前記パターンおよび/または前記パルスの前記位置は、同一の集合を記述し、パターンの前記位置は前記パターンを形成する前記パルス列内の中央パルスの前記位置により実質的に識別されることを特徴とする請求項19に記載のデバイス。
- 請求項13から15のいずれか一項に記載の前記方法を実装することにより構築された、符号帳の前記カスケード内で後に続く、初期符号帳を備えることを特徴とする請求項19から20のいずれか一項に記載のデバイス。
- 前記後続の符号帳における探索のため、最適な励振ベクトルの前記探索の際に前記符号化に明らかに関わっているグローバル知覚重み付けフィルタの高域フィルタリング機能を備えることを特徴とする請求項21に記載のデバイス。
- 前記符号化の際に、前記初期符号帳内の最良候補ベクトルを決定した後、少なくとも
-前記最良候補ベクトル内の前記基本パターンの1つまたは複数の前記位置の指示と、
-前記パターンの1つまたは複数の前記位置に関連する1つまたは複数の前記振幅の指示を含む指数が形成され、
前記指数は後続の復号化のために伝送されることが意図されている、デジタルオーディオ信号を符号化/復号化するための請求項18から22のいずれか一項に記載の前記デバイスの使用。 - 前記復号化の際に、前記最良の潜在的候補は、前記指数から、
-前記指数により示されている前記位置に前記基本パターンを位置決めすることにより、
-関連する振幅をそれぞれの位置における前記パターンに掛け合わせることにより、
-および、前記示されている位置に位置決めされた前記掛け合わされたパターンを足し合わせることにより再構築される請求項23に記載の使用。 - 前記デバイスは、請求項9に記載の前記方法の実装に従って、前記利得重み付け符号帳の総和により得られる単一のグローバル符号帳を構築することになる複数の符号帳のカスケード配列を備える請求項23および24のいずれか一項に記載の使用。
- 前記カスケード配列された符号帳は、現在の符号帳について、階層符号化構造を与える、少なくとも1つの先行する符号帳のベクトルにより生成される部分励振の知られている寄与分を差し引くことにより、次々に調べられる請求項25に記載の使用。
- 符号帳内の潜在的最良励振ベクトルの前記探索は、
-LPC合成フィルタと知覚フィルタとの乗算の結果として得られるフィルタのインパルス応答と前記符号帳の前記基本パターンとの畳み込みを計算して、畳み込みフィルタベクトルを得るステップと、
-潜在的ターゲットベクトルと前記畳み込みフィルタベクトルとの間の相互相関ベクトルの要素を計算するステップと、
-前記畳み込みフィルタベクトルの自己相関行列の要素を計算するステップと、
-分子が前記相互相関ベクトルの前記要素を伴い、分母が前記自己相関行列の前記要素を伴う比の最大化として表されるCELP基準を使用して前記最良候補ベクトルの探索を実行するステップとを含むCELP基準の推定により実行される請求項23から26のいずれか一項に記載の使用。 - 前記探索は、請求項6に記載の前記方法を実装することにより得られる符号帳において実行され、少なくとも1つのブロックエッジにおいて前記基本パターンの切り捨てを考慮して、必要に応じて、前記相互相関ベクトルの要素および/または前記行列の要素が補正される請求項27に記載の使用。
- 請求項23から28のいずれか一項に記載の使用を実行するための命令を含む、デジタルオーディオ信号符号化/復号化デバイスを対象とするコンピュータプログラム。
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