TW410273B - Method and apparatus for generating and encoding line spectral square roots - Google Patents

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A7 B7 4 A 触0您料·]中請案 明書修正頁(8S年8月） 五、發明説明（ 個量化的機構。 較佳具體實施例的詳細描述 圖1說明傳統的裝置，藉由決定L P C係數（a ( 1)，a ( 2 ) ’ ·，a(N))和由那些LPC係數產生LSP頻率0(1) ’ ω(2) ，...’ ω(Ν))來產生和編碼LPC濾波器數據。Ν是在LPC 濾波器中濾波器係數的數目。語音自相關元件1計算一组 自相關值，R(0)至R(N)，根據以下方程式（1)之s(n)由此 語音取樣的訊框而得： R(n)=2s(k)s(k+nX (1) k=1 其中L是在其上計算LPC係數此訊框中語音取樣的數目。 在此範例的具體實施例中，在一訊框中之取樣的數目是160 (L= 160 )，和L P C濾波器係數的數目是1 〇 ( n = 1 0 )。 線性預測係數（LPC)計算元件2計算此lpc係數，a(1) 至a(N)，由此組自相關值，R(〇)至R(N)。此Lpc係數可 以由使用杜爾賓遞迴式（像討論於"語音信號的數位處理„ , 1978年prentice_Hall公司，羅賓納和夏佛所發表）之自相關 方法而獲得。此規則系統描述於以下的方程式（2)〜（7): ---------- --- —I j I--- - I - m 1^1J-l-^J-- -I ml--I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部_央標準局員工消費合作杜印製 Ε(0)= :R(〇)，; i-I 1 (2) ki = |R(i)K)R(H)卜 Ε0-1); (3) α ^⑴ =k i ; 1 (4) 叫⑴ =a j(1 ·1) - kj a j .j (1 -1) 對於1勻si - i ( 5 ) (6) Ε⑴= (i-kAE。-1);及

表紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（21QX—297W 410273 A7 ----- —__B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 I.發明範圍 本發明係關於語音處理。特別是，本發明是—種用於一 以語音碼系統爲基礎之線性預測中之編碼㈣係數的新4 和改良的方法及裝置。 11 -相關技術的描述 藉由數位技術的語音傳輸已變成廣泛流傳的，特別是名 長距離和數位無線電話的應用。此在方法上已經產生關 '，其使傳過-通道之訊息的量最小，而維持由該訊息重讀 t語骨的品質》如果語音被簡單—地取樣此連續的語 和獨立地量化每一個取樣所傳輸，太約需要每秒^千:片 (/bps)的數據率來達成重建的語音品質類似於一般的類试 電話。然而，缍由語音分析的使用，跟随著適當的碼，讀 輸，和再合成在接收器上，可以達成數據率有意 鲈濟部中央標準局員工消費合作社印^ ------------ {請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 藉由抽取出了人類語音產生之模型的參數來壓縮語音的 裝置％爲語晋編碼器。此裝置由一分解輸入語音以抽取有 關聯的參數的編碼器，和一使用此在整個傳輸通道中接收 ..自此編碼器之參數再合成此語音的解碼器。爲了精確地表 示k時間變化的語骨信號，此禮部的來趣週期性地更新。 此浯晋分成時間區塊或分析訊桓_，在其期間該等參數被計 算和量化。然後這些量化的參蔡傳過整個傳輸通道，且在 接收器上由這些量化的參數重建此語音-。 此受激碼線性預測編碼（CELP)方法用於許多語音壓縮規 -4 本紙張尺賴财關家標準（CNS ) A4規格 (210X297公釐） % 85109891 中文說明書修正頁(88年8月） 五、發明説明（ 此N個L P C係數稱為a j (1 0 ) ’對於1 s j < N。此元件1和2 的工作是熟知的。在此範例的具體實施例中，此形成的遽 波器是一第十階濾波器，意味有1 1個自相關值，R ( 0 )至 R ( 1 0 )，由自相關元件1計算出，及1 〇個L p C係數，a ( 1 ) 至a(10) ’由LPC計算元件2計算出。 LS P計算元件3轉換此组LPC係數成為一組值為ω i至 Ν的L· S Ρ頻率。此L S Ρ計算元件3的操作是熟知的，並詳 細的描述於前述的美國專利號碼第5,414,796號中。對於此 L S Ρ頻率之使用的推動，給定在論文”線頻譜對（l s Ρ )和語 音數據壓縮”，ICASSP '84年’宋及莊所著。 此LSP參數的計算以方程式（g)和（9)與表I一道表示於下 。此L S Ρ頻率是存在於下列方程式的〇和冗之間的ν個根， ύύ Ρ⑽ Ρν/2 , 1 · 2 + Pn/2-1 COS ω + …+ Pj cos

'N 1· ·ω

丄 N + cos ——ω (8) T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. ,ιτ ij—線 q(co) .* 9N/2 4μ/2-ι C0S ω + * · + % <=os 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

N 1 _ω N -t- cos —ω, (9) 其中Pn和qn的值對於n=l, 2，...，N/2遞迴地定義於表I中 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 410273 at B7 五、發明説明（2 ) 則系充 CELP編碼规則的例子描述於論文,,一 4.8 kbpS受 激碼線性預測編碼器，，中，由湯瑪斯.E _特雷門等人於 1988年移動衛星研討會的會議記錄提出。—特別有效率之 此型5吾骨編碼器的例子詳述於美國專利第5,414,796號中， 標題"可變速率語音編碼器”且讓予給本發明之受讓人，且 在此一併告知。 許多語音壓縮規則使用一濾波器以模型化此語音信號的 頻譜大小。因此此濾波器的係數使用線性預測技術對每一 個語音的訊框計算，此濾波器稱爲線性預測编碼（Lpc)濾 波器。一旦決定了濾波器的係數·，此濾波器係數必須被量 化。用於量化此LP C濾波器係數的有效方法可以用來降 '低需要用來對此語音信號编碼的位元率。一種用於量化 此L P C濾波器之係數的方法含有轉換此濾波器係數成爲 線頻譜對（L S P )參數，並量化此L S P參數。然後此量化 的L S P轉換回L P C濾波器係數，其在解碼器上用於語音 合成模型。量化在LSP定義域中完成，因爲LSP參數具 有較L P C參數好的量化特性，且因爲此量化的l s P參數 之順序特性保證此產生的L P C濾波器會穩定。 對於一组特定的L S P參數，在一參數中的量化誤-差會造 成在LP C濾波器響應中較大的變化，而因此產生一比由在 另一 L S P參數中類似之量化誤圣看所產生的改變而較大可 感覺的退化》此量化之可感覺玆影響可藉由允許較多在那 些對量化誤差較不敏感之LSP參數中的量化誤差使其最小 化。決定此量化誤差的取佳分佈，必須決定每一個L S P參 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS > A4現格（ 210><2?7公瘦） ϋΊ- - --- In > ί - -. - - -—-----——*丨:| .. W - - T. i (#先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第 85109891 號 中文說明書修正頁(88年8月） 五、發明説明（10 ) 2 ^i(N-l)zN-NLJ,(N_2)zN-2+^Ji(1)2 + Jt(〇) 2 '2·χΓζ + ΐ)ρ(Ν + 1)ζΝ+1 +Ρ(Ν)2ν+ ; + ρ(ΐ)ζ +ρ(〇)； 阳 及對於帶有偶數指標的線頻譜餘弦值（X 2，X 4，X 6等等）， 長除法完成如下： • J1(N-1)zn"1+j|(N-2)2^-^...+)^1)2 + 1,(0) z2-2-Xj ·ζ + ΐ)〇(Ν + 1)ζΝ+1 + Q(N)zn+"..V + Q(1)z+Q(〇). (2 · .· 如果i是奇數， Ji(k) = Ji(N+l-k)。 （25) 因為對稱’僅此除法的一半需要完成來決定整個N個j丨的 值。同樣地’如果i是偶數， Ji(k) = -Ji(N+ 1 -k)， (2 6) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Θ 裝 '11 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 因為反對反稱，僅此除法的一半需要完成。 敏感度自相關元件丨〇6a〜1 06N計算這些组j f的自相關， 用以下的方程式： - : Ν-π+1 - Rji(n) = Σ Ji(l<)-Ji(k + n). (27) k=0 -13- 國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 __B7 410273 五、發明説明（3 ) 數的個別之敏感度》—用於最佳化地编碼此L S P參數的較 佳方法和裝置詳細地描述於共同未定的美國專利應用書， 序號08/286,150，1994年8月4日申請在案，標題"線頻譜對 頻率之敏感度加權的向量量化”，其指定給本發明的受託人 ，在此一併告知。 發明摘要 本發明爲一新奇和改良的方法和裝置，用以量化L p c參 數’其使用線頻譜平方根（LSS)値。本發明轉換此LPC遽 波器係數成爲另一组數據，其比L P C係數更容易量化，且 其提供降低量化誤差的敏感度，一其爲L S P頻率編碼的主要 益處。此外，由L P C係數到L S S値的轉換和由LS S値到 L P C係數的轉換比L P C係數和L S P參數之間相關的轉換有 較少的計算密集性。 圖例概述 本發明的特徵，目的和優點，由説明於以下的詳細敘述 會變得更明顯，當與此圖同時看時，其中相同的字元從頭 到尾是相等的，其中： 經濟部中夬標準局員工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再'填寫本頁) 圖1爲一方塊圖，説明用來產生和編碼LPC係數的先前技 .術的裝置； 、_ -圖2説明在本發明中用來重分佈此線頻譜餘弦値之歸一化 函數的圖； .圖3說明了用以說明以產生敏j息値的裝置的方塊度，以 编碼本發明之線頻譜平方根値；以及 圖4爲一方塊圖’説明用以編碼此線頻譜平方巧値的整 -6 - 本紙i尺度適；ί!中關家橾準) A4规格（2[〇>< 297公疫> ---- 第85_91號專利申請案^ 中文說明書修正頁(88年8月） ^ 五、發明説明（12 ) 一線頻譜平方根值差的第一子向量，包含△ y Ay 2

AyN(i) ’用減法器元件115a計算如：

Ay y (29) △ yi = yi-yi-丨 < i < N(l)+1 (3 0) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 此組值N ( 1) ’ M ( 2)等’定義此線頻譜平方根向量進入減 法器的除法。在此具有N =丨〇之範例的具體實施例中，此 線頻譜平方根向量被分成每二元件的5個向量，像n ( 1 ) = 2 ，Ν(2) = 4，Ν(3) = ό , N(4) = 8，和 N(5) = (l〇)。V 定義為 子向量的數目。在此範例的具體實施例中，V = 5。 在另一選擇的具體實施例中，此線頻講平方根向量可以. 分成不同維度之不同數目的子向量。例如，在第—個子向 量t分成具有3個元件的3個子向量，和第二個子向量的三 個兀件，及第三個子向量中的4個元件會產生， N(2) = 6，和N(3) = l〇。在此替換的具體實施例中v=；3。 在此線頻譜平方根差的第一子向量在減法器i 15a中計算 後，其被元件116a，117a , U8a，和119&所量化。元件 118a是線頻譜平方根差向量的—編碼本。在此範例的具體 實施例中，有64個此種向量。此線頻譜平方根差向量^ = 碼本可以使用已熟知的向量量化練習演算法來決定。指桿 產生器1，元件117a，提供一編碼本指標，m，給編碼本I 件118a。編碼本元件118a應於指標加產生第功個編碼向量 15- 本紙張尺度適用中國國家榇率（QMS ) A4規格（210X 297公楚） J---1----0丨裝------訂-----j丨線 f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 B7 4 A 触0您料·]中請案 明書修正頁(8S年8月） 五、發明説明（ 個量化的機構。 較佳具體實施例的詳細描述 圖1說明傳統的裝置，藉由決定L P C係數（a ( 1)，a ( 2 ) ’ ·，a(N))和由那些LPC係數產生LSP頻率0(1) ’ ω(2) ，...’ ω(Ν))來產生和編碼LPC濾波器數據。Ν是在LPC 濾波器中濾波器係數的數目。語音自相關元件1計算一组 自相關值，R(0)至R(N)，根據以下方程式（1)之s(n)由此 語音取樣的訊框而得： R(n)=2s(k)s(k+nX (1) k=1 其中L是在其上計算LPC係數此訊框中語音取樣的數目。 在此範例的具體實施例中，在一訊框中之取樣的數目是160 (L= 160 )，和L P C濾波器係數的數目是1 〇 ( n = 1 0 )。 線性預測係數（LPC)計算元件2計算此lpc係數，a(1) 至a(N)，由此組自相關值，R(〇)至R(N)。此Lpc係數可 以由使用杜爾賓遞迴式（像討論於"語音信號的數位處理„ , 1978年prentice_Hall公司，羅賓納和夏佛所發表）之自相關 方法而獲得。此規則系統描述於以下的方程式（2)〜（7): ---------- --- —I j I--- - I - m 1^1J-l-^J-- -I ml--I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部_央標準局員工消費合作杜印製 Ε(0)= :R(〇)，; i-I 1 (2) ki = |R(i)K)R(H)卜 Ε0-1); (3) α ^⑴ =k i ; 1 (4) 叫⑴ =a j(1 ·1) - kj a j .j (1 -1) 對於1勻si - i ( 5 ) (6) Ε⑴= (i-kAE。-1);及

表紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（21QX—297W % 85109891 中文說明書修正頁(88年8月） 五、發明説明（ 此N個L P C係數稱為a j (1 0 ) ’對於1 s j < N。此元件1和2 的工作是熟知的。在此範例的具體實施例中，此形成的遽 波器是一第十階濾波器，意味有1 1個自相關值，R ( 0 )至 R ( 1 0 )，由自相關元件1計算出，及1 〇個L p C係數，a ( 1 ) 至a(10) ’由LPC計算元件2計算出。 LS P計算元件3轉換此组LPC係數成為一組值為ω i至 Ν的L· S Ρ頻率。此L S Ρ計算元件3的操作是熟知的，並詳 細的描述於前述的美國專利號碼第5,414,796號中。對於此 L S Ρ頻率之使用的推動，給定在論文”線頻譜對（l s Ρ )和語 音數據壓縮”，ICASSP '84年’宋及莊所著。 此LSP參數的計算以方程式（g)和（9)與表I一道表示於下 。此L S Ρ頻率是存在於下列方程式的〇和冗之間的ν個根， ύύ Ρ⑽ Ρν/2 , 1 · 2 + Pn/2-1 COS ω + …+ Pj cos

'N 1· ·ω

丄 N + cos ——ω (8) T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. ,ιτ ij—線 q(co) .* 9N/2 4μ/2-ι C0S ω + * · + % <=os 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

N 1 _ω N -t- cos —ω, (9) 其中Pn和qn的值對於n=l, 2，...，N/2遞迴地定義於表I中 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） 410273 A7 B7 五、發明説明（6

表I P! = -(a(l) + a(N)) - 1 p2 = ~(a(2) +a(N-l)) -Pl· P3 = +a(N-2)) - p2 a] = -(a⑴-a(N)) + 1 q2 = -(a(2) -a(N-l)) + = -(a(3)v-a(N-2)) + qj 在表I中，a(l)，....，a(N)的値是由LPC分析而來之伖 比例的係數結果。如果此LPC濾疼器是穩定的，此LSP頻 率的一特性是此二函數根之一-，-亦即最低的根ω i，是P ( ω )最低的根，次一最低的根，ω 2，是q ( ω )的最低的根， 等等。此Ν個頻率的奇數頻率是Ρ .( ω )的根，而偶數頻率是 q ( ω )的根。 解方程式（8)和（9)以獲得LSP頻率是一計算繁重的工作 。在轉換此L P C係數至L S Ρ頻率和自L S Ρ頻率回到l p C係 數中一主要計算負擔的來源來自於三角函數的大量使用。 減少此計算之複雜性的一種方法是替換： .HI n n^4 ^^^1 HI « I - Φ f诗先聞¾背面之注意事¾再..填艿本頁} 裂 ij 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製

X cos ω (10) 對於η> 1的cos(n )的値可以用7的次方之組合來表示，經 由下列三角等式的遞迴使用：_ -9- 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!〇χ29·?公釐） A7 B7 五、發明説明（7 ) cos((n+l)co) = 2· cos(co) cos(nco) - cos ((η-1)ω)· 由此等式的展開，可表示爲 (11) cos(2co) - 2· cos(w) ς〇5(ω) - cos (0) = 2 -1, · cos(3co) = 2*.cos(cd) cos(2cd) · cos (ω) =.2 χ(2 χ2 _ι)_χ = 4)<3 (12) 3x, (13) 等等 藉由這些替換和集合x的一般次方項，方程式（8)和（9) 以簡化爲X的多項式： 可 ----0^—I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 ρ(χ);

Pn/2 2 Ν + Ρν χ + Ρν χ2+…+ΡΡ2 +χ2 '-1 (14) q(x)： ,^Ν/2 Ν Ν 訂 ^~ + ciN ,Χ + ^Ν XZ+...+qiX2 +： Ζ. ' 一 _1 —~2 (15)

經濟部中央標準局員工消費合作社印I 因此，其可能藉由提供値（Χ1.··ΧΝ)來產生由Lsp頻率（ω 1 . _ · ω Ν)所產生的資訊，其稱爲線頻譜餘弦（x i )。 決定此Ν個線頻譜餘弦値意味找到方程式（丨4)和（i 5)個ν 個根》此程序不需要三角的求奩，其大幅減少計算的複雜 度。量化此線頻譜餘弦値的問題，與Ls p頻率相反，是此 値近於+ 1和-1的線頻譜餘弦値腎於量化雜訊非常敏感3 在本發明中，此線頻譜餘弦益對於量化雜訊更強韌，藉 由將其轉換成一组値，在此稱爲線頻.譜平方根（LSS)値 (y 1 _. .yN)。用來轉換此線頻譜餘弦（χ丨χΝ)値至線頻譜 -10- 本紙依尺度適用中國國家標毕_ ( CNS ) Α4規格（210Χ 297公楚） ^---- 410273 A7 B7 五、發明説明（8 ) 平方根（yi...yN)値的計算表示於以下的方程式（16)中·· yi -Λ/ϊ-χί ; 〇^xi<l

1- —yl + xj ； - 1 <xj < I (16) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 其中Xi是第i個線頻譜餘弦値’而yi是對應的第〖個線頻譜 平方根値。由線頻譜餘弦到線頻譜平方根的轉換可視爲一 依比例近似之由線類譜餘弦至LSPs ’ ω = arec〇s(x)的轉換 。圖2説明方程式（丨6)之函數的-圖，。 因爲此轉換，此線頻譜平方.根値比線頻譜餘弦値對於量 化雜訊一樣地更敏感，且具有類似於L s p頻率的特性。然 而，此L P C係數和L S S値之間的轉換僅需要乘積和平方根 的汁算’其比L P C係數和L S P頻率之間的轉換所需要的三 角求値有較少的密集計算。 在本發明的-T種改良的具體實施例中，此線頻譜平方根 値根據計算的敏感度値編碼，而编碼本選擇方法和裝置在 此描述。用以編碣本發明之線頻譜平方根値的方法和裝置 使此帶有最小位元數之編碼語音的有-感覺品質最大-化。 圖3説明本發明的裝置，用以產生線頻譜餘弦値（χ (丨）， χ (2) ’ · · ·，X (Ν))和此線頻譜$方根値的量化敏感度（s 1 ’ s 2 ’ . _ .，S Ν)。如先前所描崎的，Ν是在L P C濾波器中 滤波器係數的數目。語音自相關元件1 〇丨計算一组自相關 値’ R(0)至r(N)，由根據以上方程式（1)之語音取樣訊框 i -------- (請先閲讀背面之注意事項再.填寫本頁) 訂 -11 -

經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A 7 --------- B7五、發明説明（9 ) s(n)而來。 線性預測係數（L P C)計算无件102計算L P C係數，a (1) 至a(N) ’由此组自相關値，r(〇)至r(N)而來，如上方程 # (2)〜（7)中所描述。線頻譜餘弦計算元件ι〇3轉換此組 L· P C係數成爲一组線頻譜餘弦値，χ 1至X n，如上方程式 (14)〜（15)中所描述。敏感度計算元件ι〇8產生敏感度値 (Si -_，Sn)，如下所述。 P & Q °十算元件104計算二新的値的向量，p和q，由l p C 係數而來，使用下列方程式（1 7 ) 7 ( 2 2 ): P(〇) = l ， P(N+1) = iP⑴=-a(i) - a(N+l-i) . 〇<i<N+l Q⑼=1 Q(N+1) = -i Q(i) = -a(i) + a(N+l-i); 0<i<N+l Λ1/ Λ)/ ΛΪ/ \Jy )/ )/ z 8 9 ο 1 nx 一—ί 1 多項式除法元件105a〜1 〇5N完成多项式除法以提供這些 .组値JU，由Ji(l)至Ji(N)组成，其中'i是線頻譜餘弦値的指 槔，由此計算敏感度的値。對於帶有奇數指標的線頻譜餘 弦値（Xl，x3，x5等等），長除法^完成如下：_ -12- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X29"?公釐） ^^—/1 It—* l^i If— If flftv ^^^^1—'^^—cv i^i ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 11， J,J (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第 85109891 號 中文說明書修正頁(88年8月） 五、發明説明（10 ) 2 ^i(N-l)zN-NLJ,(N_2)zN-2+^Ji(1)2 + Jt(〇) 2 '2·χΓζ + ΐ)ρ(Ν + 1)ζΝ+1 +Ρ(Ν)2ν+ ; + ρ(ΐ)ζ +ρ(〇)； 阳 及對於帶有偶數指標的線頻譜餘弦值（X 2，X 4，X 6等等）， 長除法完成如下： • J1(N-1)zn"1+j|(N-2)2^-^...+)^1)2 + 1,(0) z2-2-Xj ·ζ + ΐ)〇(Ν + 1)ζΝ+1 + Q(N)zn+"..V + Q(1)z+Q(〇). (2 · .· 如果i是奇數， Ji(k) = Ji(N+l-k)。 （25) 因為對稱’僅此除法的一半需要完成來決定整個N個j丨的 值。同樣地’如果i是偶數， Ji(k) = -Ji(N+ 1 -k)， (2 6) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Θ 裝 '11 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 因為反對反稱，僅此除法的一半需要完成。 敏感度自相關元件丨〇6a〜1 06N計算這些组j f的自相關， 用以下的方程式： - : Ν-π+1 - Rji(n) = Σ Ji(l<)-Ji(k + n). (27) k=0 -13- 國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 410273 五、發明説明（11 ) 敏感度互相關元件l〇7a〜107N計算此線頻譜平方根値的 敏感度’用來自於語音，R，帶有自相關値之値R J i _组的互 相關，和用1 - I Xi I加權此結果。此操作根據以下的方程式 (28)來完成： — (H4卜，.'I;，'— ㈣. 圖4説明本發明的裝置，用以屢生和量化此線頻譜平方 根値組。本發明可以在一數位信號處理器（DSP)完成或在 一特定應用積體電路（ASIC)程式化的以完成此功能，如在 此所描述的。元件111，112和113操作如上所述圖3的方 成10 1，102和103 '線頻譜餘弦計算元件113提供此線頻 譜餘弦値（X i，…，X N)給線頻譜平方根計算元件12 1，其— 計算此線頻譜平方根値，y ( 1 ) . . . y ( N )，根據上面的方程 式（16)。 敏感度計算元件1 Η接收來自於線頻譜餘弦計算元件113 的線頻譜餘弦値（X i，. . .，xN)，來自於L P C計算元件112 •的LPC値（a( 1)，...，a(N))和來自語音自相關无件111的 自相關値（R(0)，· ·.，R(N))。敏感度計算元件Π4產生敏 感度値組，S 1，...，S N，如霄'3之關於敏感度計算元件 108的描述。 ~ 一旦計算了此線頻譜平方根値组，y( 1)·. .y(N)，和此 敏感度组，S !，...，SN，此線頻譜平方根値的量化開始. -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4ii格（210X 297公釐） J---!-----•裝---„---„ — 訂------ (諳先閱却背面之注意事項再'填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第85_91號專利申請案^ 中文說明書修正頁(88年8月） ^ 五、發明説明（12 ) 一線頻譜平方根值差的第一子向量，包含△ y Ay 2

AyN(i) ’用減法器元件115a計算如：

Ay y (29) △ yi = yi-yi-丨 < i < N(l)+1 (3 0) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 此組值N ( 1) ’ M ( 2)等’定義此線頻譜平方根向量進入減 法器的除法。在此具有N =丨〇之範例的具體實施例中，此 線頻譜平方根向量被分成每二元件的5個向量，像n ( 1 ) = 2 ，Ν(2) = 4，Ν(3) = ό , N(4) = 8，和 N(5) = (l〇)。V 定義為 子向量的數目。在此範例的具體實施例中，V = 5。 在另一選擇的具體實施例中，此線頻講平方根向量可以. 分成不同維度之不同數目的子向量。例如，在第—個子向 量t分成具有3個元件的3個子向量，和第二個子向量的三 個兀件，及第三個子向量中的4個元件會產生， N(2) = 6，和N(3) = l〇。在此替換的具體實施例中v=；3。 在此線頻譜平方根差的第一子向量在減法器i 15a中計算 後，其被元件116a，117a , U8a，和119&所量化。元件 118a是線頻譜平方根差向量的—編碼本。在此範例的具體 實施例中，有64個此種向量。此線頻譜平方根差向量^ = 碼本可以使用已熟知的向量量化練習演算法來決定。指桿 產生器1，元件117a，提供一編碼本指標，m，給編碼本I 件118a。編碼本元件118a應於指標加產生第功個編碼向量 15- 本紙張尺度適用中國國家榇率（QMS ) A4規格（210X 297公楚） J---1----0丨裝------訂-----j丨線 f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 410273 A7 _ B7 五、發明説明（13) ，組成元件△y^m)，…，△yNp〆!)!）。 誤差計算和最小化元件116a計算敏感度加權的誤差， E(m)，其表示近似的頻譜偏差，其可能招致量化此線頻譜 平方根差的原始子向量至此第m個線頻譜平方根差的編碼 本。在此範例的具體實施例中，E (m)由如下所述之方程式 來計算： err 二 0; (31) E(m)-0; (32) for k= 1 to N(l) (33； err = err-ι- - Δγ^(ηα) · 、 (34) H(m) = E(m) + err^ (35) end loop ' » (36). E(m)是在LSS值中敏感度加權平方誤差的總和。用來決定 此敏感度加權誤差的程序説明於方程式（3 1 )〜（3 6 )中， 在每一個線頻譜平方根値中累積量化誤差，並由LS S値的 敏感度加權該誤差。 一旦對於編碼本中所有的編碼向量都已計算出E (m )，誤 差的計算和最小化（ERROR COMP. AND MINI.)元件116a -選擇指標m ’其使E (m)最小。此m的値是此選擇:给编碼本 1的指標’稱爲11。此△ y i ’ ...，△ y N (〗）的量化値表示爲 △yi …ΔΥν ⑴並設定等於△yTTh)，...，A-yN^A)。 在加總益元件119a中，在第e子向量中之量化線頻譜平 方根値被計算如下： ' -16- 本ϋΖϊ適用中國國家標準（CNS)A4規格（2!〇χ57公楚> ίI-,-----#裝---.—I—1Τ------Q. (请先間请背面之注意事項再4寫本頁) ^10273 A7 B7 五、發明説明（14 ?Ι=Σ^. k=l (37) 此量化的線頻譜平方根値yN (1)在方塊119a中計算，而對 於1從N (1) + 1至N ( 2)的y i用來自算此線頻譜平方根差的第 一子向蛋，包含⑴+ι，⑴+ 2，·•△ΥνΡ)如下 Δ/ΐ =yN(l)+l-yN(l) Δγι =yi*yi-i； · N(l) < i <N(2) +1 (38) (39) f諳先閱讀背面之注意事554填寫本頁} I裝 用於这擇弟一指標値I 2的操作.用如下所述選擇11的相同方 法來完成。 此留存的子向量繼續地以相同的方法被量化。對於所有 子向量的操作實際上是相同的，和例如最後一個子向量， 第V個子向量，在所有由1至V- 1的子向量量化後被量化。 此線頻譜平方根差的第V個子向量由元件115 V計算如下.

AyN(V-i)+i = yN(v-i)+i - YN(VT1) · (4〇)

Ayi = Δ/i - AYi.v ，: N(y-l) < i <N(V) +J. (4J) 此第V個子向量由找到在第V値·為碼本中使E(m)最小的編 碼向量來量化，其由以下的迴路計算： -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

、1T 經濟部中央標準局負工消費合作社印犁 1 410273 A7 A7 B7 五、發明説明（15) err=0; (42) E(m)=0; (43) for k= N(V-1)+1 to N(V) (44) err = err+ Ayk - Aykim) (45) E(m) = E(m) 4* Sk err^ (46) end loop ‘ (47) 一旦決定了此第v個子向量的最佳编碼向量，此量化的 線頻譜平方根差和此量化的線頻譜平方根値對於該子向量 被如上所述的計算。此程序繼績—的被重複，直到所有的子 向量都被量化。 . 在圖3和圖4中，此方塊可以如結構的方塊來完成，以完 成指定的功能，或此方塊可以表示完成在一數位信號處理 器（D S P )或一特定應用積體電路（ASIC )之程式中的功能。 本發明之功能性的描述可以使一般技術的人在一 D S P或 ASIC中完成本發明而不需要過度的實驗。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印衆 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 此較佳具體實施例的先前描述在於提供使任何具有此熟 練技術的Λ去製造或使用本發明。這些具體實施例之不同 -的修正對於那些技術上熟練的人會很明顯；且在孤定義之 一般性的原理也可以應用於其他的具體實施例没有此發明 的許可之使用。因此，本發明遷"不想被限制在此顯示的具 體實施例上，而給予具有發表於此之原理和新奇特徵的最 廣範圍。 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X 297公釐}

Claims (1)

1. 410273 ABCD 經濟部中央標隼局負工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1- 一種在一線性預測編碼器中用以產生和编碼線性預測碼 (LPC)係數的裝置，包含： LPC產生器裝置，用以接收數位化語音樣本，並根據 一線性預測碼格式產生一组LP C係數給該數位化的語音 樣本； 線頻譜餘弦產生器裝置，用以接收該組L P C係數，並 根據一線頻譜餘弦轉換格式產生一组線頻譜餘弦値；及 線頻譜平方根裝置，用以接收該组線頻譜餘弦値，並 根據一平方根轉換格式產生一組線頻譜平方根値。 2.根據申請專利範園第1項的裝^置，其中該平方根轉換格 式爲： V1-Xi ； 〇 ^xi < 1 其中Xi是第i個線頻譜餘弦値，和7i是對應的第i個線頻 帮平方根値。 3.根據申請專利範圍第1項的裝置，-更包含： 一― '多項式除法裝置，用以接收該組線頻譜餘弦値和一組 線性預測碼（LP C)係數，並推據一預定的多項式除法格 式產生一组商係數；及 T—r- 敏感度互相關裝置，用以接收該组商係數，該组線頻 譜餘弦値’和一組語音自相關係數，並根據一加權的互 -19- 各纸it尺度適用中國國家標準（CNS > Μ規格（2I0X297公聲） ；---•一----^---Γ--------^線 (請先閲讀背面之注意事項^;寫本頁) 2 Yi A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 相關計算格式計算一組線頻譜平方根敏感度係數。 4. 根據申請專利範圍第3項的裝置，更包含一敏感度自相 關裝置放置於該多項式除法裝置和該敏感度互相關裝置 之間，用以接收該組商係數’並根據一預定自相關計算 格式產生一組敏感度自相關値给該组商係數。 5. 根據申請專利範園第3項的裝置，更包含一向量計算裝 置放置於該多項式除法裝置之前，用以接收該组L P C係 數’並根據一預定向量產生的格式產生一組向量3 6. 根據申請專利範園第5項的裝置，其中該向量計算裝置 根據以下方程式計算在該組向量中的二向量p和Q : 請 先 閎 ϊΐ 之 注 意 尝 裝 P(〇) = 1 P(N+1) = 1 . P(i) = -a(i) - a(N+l-i) Q(〇) = i Q(N+i) = -i Q(i) = -a(i) + a(N+l-i)； ,0<i<N+l 0<i<N+l. 訂 經濟部中央棵举肩員工消費合作社印— 7.根據申请專利範園第6項的裝置，其中該多項式除法裝 --置根據以下方程式對於奇數線頻譜平方根値產^該组商 係數J i +Ji(N-2)zN：-2+ ,+j,(1)z + j；w 2'Xj ·2 + 1|Ρ(Ν + 1)ζν+1 + P(M)zn + P(l)z +P(0), 線 -20- _尺度適用中國國家 經濟部_央標準局員工消費合作社印製 410^73 A8 B8 C8 ~____D8 六、申讀專利範圍 » 、2爲多項式變數，X i是第i個線頻譜餘弦値，而N是 遽故器接頭的數目。，， ' 根據申請專利範圍第6項的裝置，其中該多項式除法裝 菩 J, ^'艮據以下方程式對於偶數線頻譜平方根値產生該组商 係數Ji : ' 2 -Ι-ΙΚΝ-Ζ)^-2·!-,,,-,·}^! )z + Ji(0) z + 1JQ(N + 1)zn+! + Q(N)zn+ .,. η- Q(l)z -i-QW，：: 其中2是多項式變數’ X i是第乂,線頻譜餘弦値’而N是 ’慮波器接頭的數目。 9‘根據申蜻專利範園第3項的裝置，其中該敏感度互相關 装座根據以下方程式產生該線頻譜平方根値： 「 N ' 1 si =(l-|xi|)· R(0) RJi(0) + 2-£RCk)_;RJi(k), - lc" 1 « 其中Xi是第i個線頻譜平方根値，R(k)是此値語音樣本 之第k個語骨自相關係數，和R J（k)是該组商係_數之第k ~個自相關係數。 10. —種在一線性預測編碼器中洛以產生和編哼線性預測碼 (L P C )係數的系統，包含： r- 具有一輸入的L P C產生器用以接收數位化的語音樣本 ，和具有一輸出以產生一组LPC係數； (請先閱讀背面之注意事項再填」 寫本頁) 裝· ，1T -21 · 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（2l〇X297公着） «0273申請專利範圍 ABCD 經濟部中央標準局男工消費合作社印製 具有一輪入的線頻譜餘弦產生器連接至該LPC產生器 的輸出；及 ，具有一輸入的線頻譜平方根產生器連接至該線頻譜餘 弦產生器的輸出，和具有一輸出。 U-根，申請專利範圍第⑽的系統，更包含： 少〜式除法计其器’具有—輸入連接至該線頻譜平方 根產生器的輪出’及具有一輸出；和 敏感度互相關計算器，具有一輸入連接至該炙項式除 法計算器的輸出，及具有一輸出& 12‘根據中請專利範園第η項的H 1包含-敏感度自相 ^計算器置於該多項式除法計算器和減感度互相關計 异為之間，具有—輸入連接至該多項式除法計算器的輸 出，和具有一輸出連接至該敏感度互相關計算器的輸入 0 U —種在—線性預測編碼器中用以產生和编碼線性預測碼 (L P C)係數的方法’包含以下步驟： 根據線性預測碼格式對該數位化語音樣本產生一组 LPC係數； 根據一線頻譜餘弦轉換產生_組:線頻譜餘弦値及 根據一平方根轉換格式產生一組線頻譜平方根値。 14.根據申请專利範圍第1 3項的方法，其中產生—组線頻譜 平方根値的該步驟包含： -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2「0Χ297公& (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 410273 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 yi 2 ;v 0 <XJ < 1 1 - 2^/1 + xi '· 1 <x; <0 其中x i是第i個線頻譜餘弦値，和是對應之第i個線頻 譜平方根値。 !5.根據申請專利範圍第1 3項的方法，更包含以下的步驟： 根據一預定的多項式除法格式，產生一组商係數；及 根據一加權的互相關計算袴_ _式，計算—組線頻譜平方 根敏感度係數。 根據_請專利範園第1 5項的方法，更包含根據一預定的 自相_計算格式產生一组敏感度自相關値給該組商係數 的步驟。 + 17·根據申請專利範圍第1 5項的方法，更包含根據一預定向 里產生格式產生一组向量的步驟0 18.根據申请專利範圍第1項的方法，其中產生一组向量的 該步驟包含以下步驟： ——.·!裝—— (锖先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 P(0) = 1 P(N+1) = 1 P(i) = -a(i) - a(N+l-i) Q(〇) = 1 Q(N-fl)=-] Q(«) = -a(i) + a(N4-l-i)； 23 本紙張尺^^(2Ι0Χ297| 0<i<N 弋1 0<i<N + l. ABCD 410273 '申請專利範圍 19‘根據申請專利範圍第1 8項的方法，其中產生一组商係數 J i给奇數線頻譜平方根値的該步騍包含完成以下的多項 式除法： Ji(N-l)zN~1 +J;(N-2)zN~Z+...-fJ；(l)2 + Ji(0) ζ2-2·χ；-2 + ι)ρ(Ν + 1)ζν+1 + Ρ(Ν)ζ^+ + Ρ(1)ζ +Ρ(〇), 其中ζ爲多項式變數，Xi是第i個線頻譜餘弦値，而Ν是 據波器接頭的數目。 2〇_根據申請專利範圍第1 8項的支)舞，其中產生一组商係數 J i給偶數線頻譜平方根値的該步驟包含完成以下的多項 式除法： I 、 t + ί|ίΟ) 2 π- Q(N)^ H. Q(1)z+C^；, 其中Z爲多項式變數，Xl是第“固線頻譜餘弦値，而N是 濾波器接頭的數目。 J.IJ·!裝 I— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -24- 太紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210><297公釐）