TW519616B - Method and apparatus for predictively quantizing voiced speech - Google Patents

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Description

M9616 五 '發明說明（1) 發明背景 與i t:t::關於語言處理’i尤其有關於預測式量化 冬曰語吕之方法及裝置。 2 ·背景說明 用數位技術以傳$声 ^ ^ 數位無線電話應用;耳曰已2流行，尤其是在長距離及 量的資訊，同時丄這又產生如何能在頻道上傳送最少 及數位化方式C語言的可接受品f。若僅以取樣 料率以達成習用類：：二ΐ !:秒64千位元(kbps)的資 用，接著是適當^ ί的吕置。惟藉由語言分析的使 料率會明顯減少 傳送以及在收話器再度合成，則資 語言壓縮裝置已用μ π ^ 線通訊，_訊；；多領域’-典型領域是無 叫，無線區域迴路，、用，包括無線電話，呼 動網際網路協定(IP)電行動及pcs電話系統，行 沾庙田β—紅ra A包§舌’及佑星通訊系統’一特別重要 的應用疋订動用戶的無線電話。 已開發出各種空氣公二^ > 近接(F圓，；時多向線通訊系統用’如分頻多向 (CDMA)，連接時已建=_，及分碼多向近接 電話服雜s)，行動及國際標準，如精密行動 95 US-⑸，典型的= : = f統咖，及臨時標準 。。8，提議：ί 及，生者1S，A ’腦 J_STD- 我0弟二代產生標準IS-95C及IS - 2 0 0 0等
第6頁 519616 五、發明說明（2) (準在:Λ稱:广95)是由電信工業協會⑴A)及其他習用標 二貝二式布的，以制定CDMA空氣介面在細胞式或PCS電 σ舌通Λ系統中的用途，典型無線通訊系統的配置大致是根 據丨^一95標準的用途如美國專利號5, 103, 459及4, 901，3〇/ 揭=的’其讓渡給本發明的受讓人而在此併供參考。 一 =土擷，與人類語言產生模型相關參數以使用技術來壓 鈿，口 a的I置稱為語言編碼器，語言五士 讀時段？分析訊框，語言編碼器一般包括編碼= 馬二 扁馬杰为析輸入語言訊框以擷取一些相關參數，且 接著將參數量化成二位元表示，# -組位it或二位元資料 封包，解碼器處理該資料封包，將它非量化以數， 及使用非量化參數以將語言訊框再度合成。 / ::::器的功能是去除語言中所有本身具有的冗餘而 蝥細數位〜吕信號成為低位元率信號，以一 輸入語言訊框及使用旦仆以声干八一知彳、，且^数木表不 ii的ϊ:二ϊ輸入語言訊框具有Νι位元，而語言編碼器 辛θ Γ^Ν、/M 、匕具有n。位兀，則语言編碼器達成的壓縮因 !:立:1。，挑戰是在達成目標壓縮因素的同時仍可得到 =二二了 t的解碼語言，語言編碼器的性能是依（1)語言 ΐ述分析及合成過程的合併後為執行，及（2)每 目標位^率之下後為執行參數量化過程， ===目‘標因此是藉由各訊框的—小組參數而搁取語 δ ^唬的精爭或目標聲音品質。 或許語言編瑪器設計中最重要的是搜尋較佳的—組參數 519616
、包括向里）以敘述语言信號，較佳的一組參數需要低的系 統頻寬以重建正確的語言信號，音調，信號功帛，頻譜封 包（或格式），m幅頻譜，及相位頻譜等都是語言編碼參數 的範例。 語言編碼器的實例是時域編碼器，其使用高時間解析度 的處理以擷取％域語言波形以一次編碼語言的小段落（一 般是5宅秒（ms)子訊框），對於各子訊框，藉由各習用的搜 尋演算法即可從碼薄空間中找到高準度的表示，或者語言 編碼器的工例是頻域編碼器’其藉由一組參數（分析）二 取輸入語言訊框的短期語言譜及使用一對應的合成過程而 從頻譜參數再產生語言波形，參數量化器藉由以碼向量的 儲存表示而表示它們以保留該參數，這是根據習用的量化 方法可參考A. Gersho & R.M. Gray, vector
Quantization and Signal Compression (1992)。 一種智用的時域語言編碼器是碼激線性預測式（CELp)編 碼器可參考 L.B· Rabiner&R.W· Schafer，Digital
Processing of Speech Signals 3 96-453 ( 1 9 78 )，其在 此考。在CELp編碼器中，藉由線性預測（Lp)分析而去 除Ϊ!言信號中的短期相關或冗餘，以找出短期預測袼式濾 波器=係數，使用短期預測濾波器在輸入語言訊框上以產 =LP多餘信號，其又以長期預測濾波器參數及後續預測碼 溥而再度模型化及量化，因此CELP編碼將編碼時域語言波 形的工作分成編碼LP短期預濾波器係數及編碼LP多餘的數 不同工作，可以在固定率（即在各訊框中使用相同的位 五 、發明說明（4) 元數Ν。）或變率（其中不同類 率）下執行時域編碼，變、絶訊框内容中使用不同的位元 量以編碼編碼器參數在可彳曰I螞為試著僅使用需要的位元 化CELP編碼器可參考美1到目標品質的位準，典型的變 發明的受讓人而在此併供參^唬5, 41 4, 796，其讓渡給本 域編碼器如C E L Ρ編碼哭— 數N。以保有時域語言波形J —般依賴每-訊框的許多位元 框較大（如至少8 k h彳:確性，廷種編碼器在每一訊 。秋kbPS)的位元數N。中一般傳送極佳的聲立 口口貝然而在低位元率（至多4】u ^ ^ 士丄丨土的奪曰 得到高品質及古性A & 6 kbPs)下，牯域編碼器不能 间性月匕因為党限於可使用的位元數。+ 兀率之下，有限的碼薄空間使 在低位 有時間上的改ρ ί:f中可成功的使用。因此雖然 〇 as A文良，在低位70率操作的許多CELP編碼f鲚都 有”的扭曲-般是指雜訊。 $糸統都 -:ΐ重點及市場的強烈需求是開發出高品質的語 a、，扁/的其把在中到低位元率（即在2· 4到4 kbps及其以 下）插作’應用領域包括無線電話，衛星通訊，網路電节 ;各種多媒體及聲音串應用，聲音郵件，及其他聲音儲存 系統’因該驅動力而在封包損失情況下要求高容量及高性 能，各種最新的語言編碼數量努力是另一種直接驅動7以 求開發出低率的語言編碼演算法，低率語言編碼器在可用 的應用頻寬中產生更多頻道（或使用者），而與適合頻道編 碼的額外層連接的低率語言編碼器則適用於編碼器規格的 整體位元預算，及在頻道誤差情況下具有高性能。 σ 519616
五、發明說明（5) /種在低位元率下迅速編碼語言的有效方法是多模編石馬 ，典型的多模編碼方法可參考美國專利申請案〇 9 / 2丨7，3 4 1 號，名稱VARIABLE RATE SPEECH CODING ，中請日1998/ 1 2 / 2 1 ’其讓渡給本發明的受讓人而在此併供參考。習用 的多模編碼器在不同種類的輸入語言訊框中使用不同模式 ，或編碼解碼演算法，將各模式或編碼解碼過程設計成以 最迅速方式而最佳的表示某一種語言段如聲音語言，未發 音語言、，轉移語言（如在聲音與未發音之間），及背景雜訊 (靜音或非語言），一種外部開路模式決策機制檢查輸入語 言訊框以及作出訊框適用於那一模式的決定，一般從輸入 訊框擷取數個參數，評估一些時間及頻譜特徵，及根據評 估的模式決定而執行開路模式決策。 在2· 4 kbps率下操作的編碼系統一般在本質上是參數性 的，亦即此一編碼系統藉由在一定間距傳送說明語言信號 的音调周期及頻譜封包（或格式）的參數而操作。這些所謂 參數編碼是LP聲音編碼器系統。 L P聲音編碼器在每一音纲田® 信號作成模型，可擴充波而將聲音語言 的傳送資m，雖然LP聲頻譜封包等相關 柯县夕合3丨入姑二 碼杰大致可提供合理的性能， 一、 曰引入頌者的扭曲一般是指雜音。 近年來已開發出波形編碼器與參數編 11 &㈣波形内插（則語^碼數
^ I, ^ ^ ^ ^ ^ n ^ PWI 禋、速方法以編碼擘音語言，pw丨的基本 519616 五、發明說明（6) 概念是在固定間距擷取代表性音調周期（原型波形），以傳 送其說明’及藉由在原型波形之間内插而重建語言信號。 PWI方法可以在LP多餘信號或語言信號上操作，典型的PWI 或PPP語言編碼器可參考美國專利申請案〇 9/2 1 7, 4 94號， 名稱PERIODIC SPEECH CODING，申請日 1 9 98/ 1 2/2 1，其讓 渡給本發明的受讓人而在此併供參考。其他PWI或ppp語言 編碼器可參考美國專利案5, 884, 2 5 3號及W. Bast iaan Kieijn & Wolfgang Granzow 的Methods for Waveform Interpolation in Speech Coding, in 1 Digital Signal Processing 215-230 (1991)。 在多數習用語言編碼器中，一已知音調原型（或一已知 況框）的參數是個別量化且由編碼器傳送，此外傳送各參 數的差值，該差值表示目前訊框（或原型）的參數值與先前 Λ框（或原型）的爹數值之間的差，惟參數值及差值的量化 而要使用位元（以及頻見），在低位元率語言編螞界中，最 好儘可能傳送最少的位元數以維持滿意的聲音品^，因此 在習用低位元率語言編碼器中，僅量化及傳送絕對參數值 ，因此期望在不減少貧訊值之下減少傳送的位元數，因此 需要預測式設計以量化聲音語言以減少語言編螞器元 率。 發明總結 >本發明有關於一種預測式設計以量化聲音語言以減少一 語言編碼器之位元率，因此本發明之特點是提供一種量化 語言參數資訊之方法，該方法最好包括：在語言之至少一
第11頁 519616 五、發明說明（7) 先前處理訊框中產生參數之至少一加權值，其中使用之所 有加權總和係一；在語言之目前處理訊框將至少一加權值 從一參數值減去以得到一差值，及量化該差值。 本發明之另一特點是提供一種語言編碼器配置成量化語 言參數資訊，語言編碼器最好包括：在語言之至少一先前 處理訊框中產生參數之至少一加權值之裝置，其中使用之 所有加權總和係一；在語言之目前處理訊框將至少一加權 值從一參數值減去之裝置以得到一差值，及量化該差值之 裝置。 本發明之另一特點是提供一種基礎元件配置成量化語言 參數資訊，基礎元件最好包括：在語言之至少一先前處理 訊框中產生參數之至少一加權值，其中使用之所有加權總 和係一；在語言之目前處理訊框將至少一加權值從一參數 值減去以得到一差值，及量化該差值。 本發明之另一特點是提供一種用戶單元配置成量化語言 參數資訊，用戶單元最好包括：一處理器及一儲存媒體接 到處理器及包含可由處理器執行之一組指令，在語言之至 少一先前處理訊框中產生參數之至少一加權值，其中使用 之所有加權總和係一；在語言之目前處理訊框將至少一加 權值從一參數值減去以得到一差值，及量化該差值之裝置 〇 本發明之另一特點是提供一種量化語言參數資訊之方法 ，該方法最好包括：在語言之至少一先前處理訊框中產生 相位參數之至少一修正值；輸入數個相移到至少一修正值
519616 五、發明說明（8) ，相移數目大於或等於0 ;在語言之目前處理訊框將至少 一修正值從相位參數值減去以得到一差值，及量化該差值 〇 本發明之另一特點是提供一種語言編碼器配置成量化語 言之相位參數資訊，語言編碼器最好包括：在語言之至少 一先前處理訊框中產生相位參數之至少一修正值之裝置； 輸入數個相移至至少一修正值之裝置，相移數目大於或等 於0 ;在語言之目前處理訊框將至少一修正值從相位參數 值減去之裝置以得到一差值，及量化該差值之裝置。 本發明之另一特點是提供一種用戶單元配置成量化語言 之相位參數資訊，用戶單元最好包括：一處理器及一儲存 媒體接到處理器及包含可由處理器執行之一組指令，在語 言之至少一先前處理訊框中產生相位參數之至少一修正值 ;輸入數個相移至至少一修正值，相移數目大於或等於0 ;在語言之目前處理訊框將至少一修正值從一參數值減去 以得到一差值，及量化該差值。 附圖簡單說明 圖1是無線電話系統的方塊圖。 圖2是在各端由語言編碼器中止的通訊頻道的方塊圖。 圖3是語言編碼器的方塊圖。 圖4是語言解碼器的方塊圖。 圖5是包括編碼器/發射器及解碼器/接收器部分的語言 編碼器的方塊圖。 圖6是一段聲音語言中信號振幅相對於時間的圖形。
519616 五、發明說明（ίο) 接：ί ΐ ί ΐ電話系統操作時基地台12從多組行動單元1。 ==，行動單元10可以使電話接通或是執行其 t產= 12中處理某一基地台12收到的各逆鏈
Hi /_魏14，Bsc 14提供通話資源配置 功能包括基地台12間的軟交遞， ，其提供額外的傳送服務與PSTNf8 ，PSTN 18"MSC ' «SC 動單元1〇:1其又控制基地台12而傳送前鏈信號組到行 、、’ 热於此技術者該了解的是用戶星分1 η户甘从 實施例中可以是固定單元。 疋用戶早兀10在其他 t ΐ ： II ^ ；： ^s(n)" ^ ^ ^ 吁适媒脰1 ϋ 2 (或通訊頻這丨〇 2 )上 碼該編碼語言樣本及合 仏唬sSYNTH(n)，為了在相反方向傳送，第三 本s(n)，其在通訊頻道⑽上;^6^ =接=解碼該編碼語言樣本’產生一合成輸：語言 語言樣本s(n)表示根據它已任一種f 變(盼縮擴域^律而數位化及量化调 5吾5樣本s(n)分成輸入資料訊框其中各訊框包括 ^數樣本SU) ’在典型實施例中使用8 kHz的取樣 ^值^ ^訊框包括16G個樣本，在以下實施例中，資 枓傳达率攻好依訊框至訊框基礎而從全率變成半率，四八 之一率，及八分之-率。資料傳送率的變化是較佳的因^ 519616 五、發明說明（11) 可選擇性的用於包含較少語言資訊的訊框。孰 :技=了㈣是，也可使用其他取樣率 框' 大小，也且在以下實施例中，可 變語言編碼(或解碼)模式以回應訊 二=f二：改 第-編碼器m及第，器110共同包 可用於任何通訊裝置以傳送語言包：二 括或Bsr類似的，第二編碼器106及第-解碼器 1曰04/、同包括一弟二語言編碼器’熟於此技術者可了解的 疋语吉編碼解碼器可由以下製造如數位信號處理哭p ’特定應用積體電路（ASIC)，分閘邏輯，初體或:何習用 及；ΐ理器。軟體模組可儲存在RAM記憶 "戈i Ξ 或任何它種形式的習用儲存媒體 二；：用：何習用處理器’控制器，或靜態機器來替代微 處理益’關於語言編碼的典型ASIC設計内容可參考美國專 二’727’ 123號，其讓渡給本發明的受讓人而在此完全併 2考由：美國專利申請案08/ 1 97, 41 7號，名稱·_ 9 94/02/ 1 6,其讓渡給本發明的受讓人而在 此元全併供麥考。 圖3的編碼器2 〇 〇可用在語言編碼器之中，其包括：模式 決定模組202，音調估計模組2 04，LP分析模組，Lp^" 析濾波器208，LP量化模組210，及剩餘量化模組212。提 供輸入語言訊框s (η)給模式決定模組2〇2，音調估計模組 2 04，LP分析模組2 0 6及LP分析濾波器208。模式決定模組
Μ 第16頁 519616 五、發明說明（12) 2 0 2根據各輸入語言訊框s ( η )的周期能量，信噪比（$ n r )， 或零交叉率等其他特徵而產生模式指數Ιμ及模式Μ。根據 周期性有各種不同的語言訊框分類方法如美國專利 5，9 1 1，1 2 8號揭示的，其讓渡給本發明的受讓人而在此完 全併供參考。這些方法也併入電信工業協會臨時標準 TIA/EIA IS-127 及 TIA/EIA IS-73 3，一典型模式決定設計 可參考上述美國專利申請案09/217, 341號。 音调估計模組2 0 4根據各輸入語言訊框s (n)而產生音調 指數Ip及滯後值，LP分析模組2 0 6在各輸入語言訊框s(n) 上執彳亍線性預測式为析以產生L p參數a，L P參數a提供給l P 量化模組210，LP量化模組210也接收模式μ，因而以一種 與模式無關的方式執行量化過程，L Ρ量化模組2 1 〇產生乙ρ ，數ILP及量化LP參數&，LP分析濾波器2 0 8接收量化lp參數 $以及輸入語言訊框s(n)，LP分析濾波器2〇8產生LP剩餘信 號R [ η ]其表示根據量化線性預測參數&在輸入語言訊框 s(n)與重建語言之間的誤差，提供Lp剩餘R[n]，模式μ及 量化LP參數》給剩餘量化模組212，上述這些值，剩餘量化 模組2 1 2產生剩餘指數IR及量化剩餘信號&[ η ]。 圖4的解碼器3 0 0可用在語言編碼器中，其包括：Lp參 解碼模組3 0 2，剩餘解碼模組3〇4，模式決定模組3〇6 /及 LP合成濾波器308。模式解碼模組3 0 6接收及解碼一模式户 數ΙΜ且由此而產生一模式M，LP參數解碼模組3〇2接收模曰 Μ及LP指數ILP，LP參數解碼模組3〇2將收到的值解碼以產 量化LP參數》，剩餘解碼模組304接收剩餘指數 519616 五、發明說明（13) 數IP，及模式指數IM。剩餘解碼模組3 〇 4將收到的值解碼以 產生量化剩餘信號R[ η ]，提供量化剩餘信號η ]及量化[p 參數沒給LP合成濾波器3 0 8以便合成一解碼輸出語言信號 § [ η ]。 關於圖3編碼器2 0 0及圖4解碼器3 0 0的各種模組的操作及 實施是習用的，可參考上述美國專利5，4丨4，7 9 6號及
Rabiner & Schafer 的文章Digital Processing of Speech Signals 396-453 (1978)。 在一實施例中多模語言編碼器4 0 〇經由通訊頻道（或傳送 ，體404 )而與多模語言解碼器4〇2通訊，通訊頻道4〇4最好 疋R F "面其根據I s - 9 5標準而配置，熟於此技術者可了解 $碼為4 0 0具有一相關解碼器（未示），編碼器4 〇 〇及其相關 巧碼器共同形成第一語言編碼器，熟於此技術者也可了解 解碼器40 2具有一相關編碼器（未示），解碼器4〇2及其相關 、=碼器共同形成第二語言編碼器，第一及第二語言編碼器 取好是第一及第二DSP的一部分，且可位於用戶單元中 及/一基地台在PCS或行動電話系統，或是在用戶單元中， 及衛星系統中的閘路。 ^碼益4GG包括··參數計算器樹，模式分類模組4〇8， 41(1沾個編碼換式41G及封包格式化模組412，圖中編碼模式 ^曰的數目是η ’巾熟於此技術者可了解編碼模式41〇的可 而：任何：理的數目。為了簡化只顯示3個編碼模式41 〇， 八J線表示存在其他編碼模式41〇，解碼器4〇2包括：封包 刀知及封包損失檢測器模組4U，複數個解碼模式416，抹
第18頁 519616
::碼為4 1 8 ’及後濾波器（或語言合 ，而熟晴術者可了解編碼= 二目。為了簡化只顯示3個解碼模式416，而 &深表不存在其他解碼模式4 1 6。 % 提供語言信號s(n)到參數計算器4〇6，語 :稱為訊框的樣本段，值n表示訊框數目，在另」；= ，，用線性預測（LP)剩餘誤差信號取代語言信號。語言 編碼為如CELj編碼器使用Lp剩餘，最好藉由提供語言信號 到反LP濾波為（未示）而執行Lp剩餘的計算，反Lp濾波器 A(z)的轉移函數是根據以下公式而計算出： A ( z) ’ 1 - ai z 1 - a2 z-2 - · · · — ap ζ·ρ， 其中係數ai是濾波器搭接處具有預設值是根據習用方法 (如上述美國專利5，41 4，7 9 6號及美國專利申請案 0 9/2 1 7, 494號）而選擇的，數目p表示用於預測目的反Lp濾 波裔中的先丽樣本數目，在一特別實施例中，p設定為丄〇
蒼數計异器4 0 6根據目前訊框而導出各參數，在一實施 例中’這些參數包括以下至少之一 ··線性預測編碼（Lpc) 濾波器係數，線頻譜對（Lsp)係數，常態自相關函數 (NACF) ’開路滯後，零交叉率，頻帶能此’及格式剩餘信 號，關於LPC係數，LSP係數，開路滯後，頻帶能量及格式 剩餘彳§號等的計异詳情可參考上述美國專利5，4 1 4，7 9 6號 ，而NACF及零交叉率的計算詳情可參考上述美國專利
5, 911，128 號。 /
第19頁 519616 五、發明說明（15) ' --- 參數計算器4 0 6接到模式分類模組4 〇 8 ’參數計算哭4 〇 6 ，供參數給模式分類模組40 8，模式分類模組4〇8連&以動 悲的以訊框接訊框的方式在編碼模式4丨〇之間切換以選擇 目前訊框的適當編碼模式41〇，模式分類模組4〇8藉由比鲛 參數與預設門檻及/或極限值而選擇目前訊框的特別編碼 杈式410，根據訊框的能量大小，模式分類模組4〇8將訊框 分成非語言或不動作語言（如靜音，背景雜音，或字之間 的，停），或語言。根據訊框的周期,陡，模式分類模組4曰。8 接著將語言訊框分成特別類型語言如聲音，未發聲或暫熊 Ο 荦音語言是指一種語言可顯示較高的周期性程度，聲音 語言的一段如圖6的圖形所示，圖中的音調周期是語言訊9 框的一部分可用以分析及重建訊框的内容，未發聲的語今 一般包括子音，暫態語言訊框一般在聲音盘未發聲古五t之 間改變，訊框中既不是聲音也不是未發聲的語;則；二為 暫態語言，熟於此技術者可了解的是也可使用任何合理 分類方式。 ' 語言訊框的分類是較佳的因為可使用不同的編碼模式 410可編碼不同種類的語言，因而可以在共用頻道（如通气 頻道404 )中更迅速的使用頻寬，例如因為聲音語言是周期 性而且疋南度預測性’所以可使用低位元率高預測式編妈 模式4 1 0以編碼辈音語言。分類模組如分類模組4 〇 8的詳情 可參考上述美國專利申請案0 9/2 1 7, 34 1號及美國專利申言^ 案09/259, 151 號，名稱CLOSED-LOOP MULTIMODE MIXED〜^ 519616 五、發明說明（16) DOMAIN LINEAR PREDICTION (MDLP) SPEECH CODER ，申請 曰1 9 9 9 / 0 2 / 2 6，其讓渡給本發明的受讓人而在此完全併供 參考。 模式分類模組4 0 8根據本發明訊框分類而選擇目前訊框 的編碼模式4 1 0，各編碼模式4 1 〇可以並聯，在任一時間都 可操作至少一編碼模式4 1 〇，然而在任一時間最好只操作 一編碼模式4 1 0，而且是根據目前訊框的分類而選擇。 最好根據不同的編碼位元率，不同的編碼設計，或編碼 位元率與編碼設計的不同合併而操作不同的編碼模式W 〇 ，使用的各編碼率可以是全率，半率，四分之一率，及/ $八刀之一率，使用的各編碼設計可以是CELP編碼，原型 音調周期（PPP)編碼（或波形内插（WI)編碼），及/或雜訊激 勵，性預測（NELP)編碼，因此例如一特別編碼模式4丨〇可 从是全率CELP，另一編碼模式41〇是半率CELp，另一編碼 拉式410是四分之一率PPP，而另一編碼模式4i(^NELp。 根據CELP編碼模式41〇，用lp剩餘信號的量化形式來 :線性預測式音轨模型’使用整個先前訊框的量化參數以 重=目前訊框，CELP編碼模式41〇因而提供語言的較正確 =衣而且具有較高的編碼位元率，最好使用⑶⑶編碼模式 編踽主 一典型變率CELp語言 、·扁碼為的坪情可參考上述美國專利5,4 1 4,796號。 根據狐P編碼模式41Q，使用濾波偽號 :;=rrNELp編碼模伽是可達成 車又間早方法，取好使用nelp編碼模式412以編碼分類為 五、發明說明（17) 未發聲語言的訊框，一典型NELp " 述美國專利中請案0 9 / 2 1 7，4 9 4號。吴式& 5与情可竽考上 根據PPP編碼模式41 〇，只編碼各 分，藉由在這些原型周期之間内播=中的音調周期…f5 周期，在PPP編碼的時域實例中，重建语言—信號的剩下 說明後為修正前一原型周期以估二f數的弟一集合以
/K A曰 u ㈢剐原型周期。；S擇I > 一碼向篁，其在相加時可估叶 n ^ 适揮 —原型用期之鬥从兰“估。十目別原型周期與修正的前 巧二之間的ϋ數的第三集 向置，在ΡΡΡ編碼的頻率實例中， _ — k擇的 原型的振幅及相位頻譜，這可以二，/數集合以說明 ^ 只例中，解碼哭蕤由根 及第二集合而重建-目前原型以合成：出語 接#在㈣重建原型周期㈣一重建原』周期之 =區域中接著内插語言信㉟，因此原型是將要用先前訊 框的原型（其也在訊框中）而線性内插的目前訊框的一部分 、便在解碼益重建語έ信號或L ρ剩餘信號（即使用過去的 原型周期作為目前原型周期的預測者），典型的ρρρ語言編 瑪為的詳情可參考上述美國專利申請案2丨7，4 9 4號。
將原型周期而不是將整個語言訊框編碼可減少所需的編 碼位元率，最好用PPP編碼模式41〇來編碼分類為聲音語言 的訊框，圖6的聲音語言包含緩慢時間變化的周期性部分 ’其可由PPP編碼模式4 1 0利用，利用聲音語言的周期， PPP編碼模式41 〇即能達成比CELP編碼模式41 0更低的位元 率 〇
第22頁 五、發明說明（18) 選擇的編碼模式4丨〇接到封 碼模式410編石馬（或量化）目前訊^ 2模組412，選擇的編 給封包格式化模組412，•包 ^供量化的訊框參數 訊分成封包以便在通訊頻物：：拉組 封包格式化模組412配置成可提供貫施例中將 IS-95標準而使封包格式化，^扠正編碼及根據 (也未"干）°二調變’及在通訊頻道⑽上傳送到接收器 解碼=。其接收解調變’及數位化該封包及提供封包給 中，封包解開器與封包損失檢測器模組414 個封包接一個封包的方式在解碼模式 a〗切換，解碼模式41 δ的數目與編碼模式4丨〇相同， 热於此技術者可了解各編碼模式4丨〇與各類似的解碼模 工1 6 (其配置成使用相同的編碼位元率及編碼設計）結合 若封包％開裔及封包損失檢測器模組4 1 4檢測到封包， 即解開封包及提供給相關的解碼模式4丨6，若封包解開器 及封包損失檢測器模組4 1 4未檢測到封包，即表示封包損 失而抹除解碼器41 8最好執行訊框抹除處理如本發明的相 關專利申請案名稱FRAME ERASURE COMPENSATION METHOD IN A VARIABLE RATE SPEECH CODER 所述，其讓渡給本發 明的受讓人而在此完全併供參考。 解碼模式4 1 6與抹除解碼器4 1 8的平行陣列接到後濾波器 4 2 0 ’相關的解碼模式4 1 6解碼或解量化該封包以提供資訊 第23頁 519616 五、發明說明（19) 給後慮波器4 2 0，後遽波器4 2 0重建或合成这士 〜0吕κ柩，絡山 合成的語言訊框（η )，典型的解碼模式及後滹波哭1 可參考上述美國專利5, 4 1 4, 79 6號及美國專利、:安勺评十月 0 9 / 2 1 7，4 9 4 號。 °月 * 在一實施例中不傳送量化參數本身，反而 其指示解碼器4 〇 2中各查詢表（LUT )(未示）中的、土、、外指數 器40 2接收碼薄指數及搜尋適當參數值的各编ϋ，解碼 可以傳送參數（如音調滯後，適應性碼薄擷只叶’因此 碼簿指數，而解碼器4 0 2可搜尋3個相關的9碼^ Ρ)的 根據CELP編碼模式41〇而傳送 ° 及LSP參數’傳送Lsp碼薄指數因 /後振幅，相位， LP剩餘信號，此外可傳 二要在解碼器4〇2中合成 框的音調滯後值之間的差。θ ° $的音調滯後值與前一訊 根據一習用ppp編 ，僅傳送音調滯後，振y及相在灸解碼器合成該語言信號 方法使用較低的位元率^ 芩數，習用PPP語言編碼 相對音調滯後差值。 °午傳送絕對音調滯後資訊及 根據一實施例用低位元 性訊框（如聲音語言訊框）以旦P、，扁碼模式410而傳送高周期 先别訊框的音十周、、帶絲 、 匕目別δ凡框的音调滞後值與 訊框的音調滞後值ί 的差，傳送，而不量化目前 周期性的，傳送相對於r =立因為耸音訊框的本質是高度 的編碼位元率，在_者=、9。周w後值的差值可達成較低 前訊框的參數值的加權:f中甘此量化已常規化以計算先 〜和’其中加權總和是1，而且從
第24頁 ^^016 五、發明說明（20) 目前訊框的參數值φ 在一實施例中根Ζ減去加權總和，接著量化該差。 化，將LPC來數轉&点眾以下說明而執行LPC參數的預測式量 適於量化，第Μ個頻譜資訊（LSI)(或LSP)，其已知更 ，在預測式量化設計維⑶向量可表示為^ 誤差白量· 中’根據以下公式而計算量化的目知
是數個訊框P (在訊框Μ之前） 是各加權因此 «αι, 成分ΙΓ可等於對應過去訊框的量化或未量化的LSI參數， 此一設計稱為自動遞迴（AR)法，或者成分ύ可以等於對應 過去说框的LSI蒼數的量化或未量化誤差向量，此一設計 稱為移動平均（ΜΑ)法。 接著使用各種習用的向量量化^^^)法，包括分裂式VQ或 多級式VQ而量化目標誤差向量τ成為干，各種VQ法可參考Α· Gersho & R.M. Gray, Vector Quantization and Signal Compression (1992)，接著使用以下公式而從量化目標誤 差向量+中重建LSI向量： 上+晰十/?对_〆·.··十邮^ —，"m . 在一實施例中，用P = 2，N = 1 0可實施上述的量化設計， 而 r, 〇·也-〇此2)
第25頁 519616 五、發明說明（21) 最好使用1 6位元及習用的分裂式v q法而量化上述目標向量 丁。 由於它的周期性本質，使用一種設計即可編碼聲音訊框 ’其中使用整個位元集合而量化一定長度訊框的原型音調 周期’或是原型音調周期的有限集合，原型音調周期的此 長度稱為音調滯後，這些原型音調周期以及也可能是相鄰 訊框的原型音調周期，接著可用以重建整個語言訊框且感 覺不到品質下降。從語言訊框擷取原型音調周期的這種 PPP设计及使用這些原型以重建整個訊框，可參考上述美 國專利申請案0 9/2 1 7, 494號。 在一貫施例中根據如圖8的PPP編碼設計而使用量化器 5 〇 0以置化南度周期性的訊框如聲音訊框，編碼器5 0 0包括 • f型操取器5 〇 2，頻率轉換器5 〇 4，振幅量化器5 〇 6及相 位置=器5 08 ’原型擷取器5〇2連接頻率轉換器5〇4，頻率 轉換5 0 4接到振幅量化器5 〇 6及相位量化器5 〇 8。 原型擷取|§ 5 0 2從一語言訊框s ( n )擷取音調周期原型， 在另 貝％例中，該訊框是L P剩餘訊框，原型擷取器5 〇 2 提！!t調周期原型給頻率轉換器5 0 4,頻率轉換器5 04將原 ^彳疋呀域表示轉成頻率表示，這是根據任一種習用方法如 ^離富利葉轉換（DFT)或快速富利葉轉換（FFT)，頻率轉換 器t〇4產生一振幅向量及一相位向量，提供振幅向量給振、 幅$化器5 0 6 ’及提供相位向量給相位量化器5〇δ，振幅量 化。器5 06，化一組振幅，產生量化的振幅向量》，而相位量 化态5 0 8量化該組相位，產生量化的相位向量圣。 519616 五、發明說明（22) 編碼聲音訊框的其他設計如多帶激勵（Μ B E )語言編碼及 調和編碼，經由富利葉轉換式（包括振幅及相位）而將整個 訊框（LP剩餘或語言）或其一部分轉成頻率值，其可量化及 可在解碼器（未示）用以合成為語言。為了用這種編碼設計 而使用圖8的量化器，而省去原型擷取器5 0 2，而頻率轉換 器5 0 4可以將訊框的複短期頻譜表示式分解成振幅向量及 相位向量，而且在任一編碼設計中，可先使用適當的窗函 數如漢明窗，一典型的ΜΒΕ語言編碼設計可參考D. W. Griffin & J.S. Lim, "Multiband Excitation Vocoder,” 36(8) IEE Trans, on ASSP (Aug. 1988)， 一 典型的調和語言編碼設計可參考L.B. Almeida & J.M.
Tribolet，丨,Harmonic Coding: A Low Bit-Rate，Good
Quality， Speech Coding Technique, n Proc. ICASSP ’ 8 2 1 6 6 4 - 1 6 6 7 ( 1 9 9 2 )。 在上述聲音说框編碼設計的任一者中必須量化一此灸數 ，這些參數是音調滯後或音調頻率，及音調滯後長度的原 型音調周期波形，或整個訊框的短期頻譜表示式（如富利 葉表示式）或其一部分。 在一實施例中根據以下說明而執行音調滯後或音調頻率 的預測式量化，藉由用一固定比例值將另一者的倒數比例 縮小即可從互相唯一的得到音調頻率及音調滯後，因此使 用以下方法能5:化這些值的另一者，訊框m的音調滞後（戍 音調頻率）是Lin，根據以下公式可以將音調滯後Lm量化成旦 化值【ιη : 里
°^616 '發明說明（23) 4=先+Ά, +1、十…w =中值、人…，、分別是訊框％，化，· . ·，叫的音調滯後（或 曰調頻率），而值是對應的加權，而名k是由以下 公式得到： f使用各種習用比例或向量量化方法而量化，在一特別漬 施例中，使，低位元率的聲音語言編 計而且僅使用4 位元以量化1。
在一實施例中根據以下說明而執行原型音調周期（或整 個訊框的短期頻譜或其一部分）的量化，如上所述藉由先 將時域波形轉成頻率其中信號可以用振幅及相位的向量表 ^，即可有效量化聲音訊框的原型音調周期（在任一語言 T域或LP剩餘領域中），接著將振幅及相位向量的所有或 4分元素使用以下方法的合併而加以分別量化，如上所过 j在其他設計如MBE或調和編碼設計中，可以將訊框的短 j頻譜表示式分解成振幅及相位向量，因此以下量化方洼 或其適f的内插適用於上述編碼方法的任一者。 一，κ施例中依以下方式量化振幅值，振幅頻譜可以是
::度：向：或維度變化的向量，此外可以將振幅頻譜 二：低維有乘方的向量及常態頻譜向量（藉由將有乘方 、、°里與原始振幅頻譜作正規化而得到）的合併，以 ^可適用於上述元素（即振幅頻γ#，有乘方 恶頻譜）中的任一者或是其一部分，訊框 咬=
或常態振幅）向量的子集是m用以下公m出
第28頁 519616 五、發明說明（24) 振幅（或乘方或常態振幅）預測誤差向量： 其中值ΑΛ，，一A〜分別是訊框叫，％，· · ·，叫的振幅（或乘 方或常態振幅）向量的子集’而值K吣，·..，（是對應加權向 量的轉置。 可使用任一習，的VQ方法而接著量化預測誤差向量而成 為量化誤差向量S Αιη，接著由以下公式表示^的量化值。
A, = + ^ A + a^, Am2 +...+ d^； A 加權A在量化設計中建立預測量，在一特別實施例中，已 實施上述預測式設計及使用6位元而量化二維乘方向量， 及使用1 2位元而量化1 9維常態振幅向量。依此，使用共i 8 位元即可量化原型音調周期的振幅頻Ί普。 在一實施例中可以如以下方式量化/目位值，訊框出的相 位向量子集可表示為bin ’能量化九以使其等於參考波形 的相位（整個訊框或其一部分的時域或頻率），且/在參考波 形的至少一轉換帶中執行0次或更多次線性轉移，這/種量 化方法可參考美國專利申請案0 9/ 3 6 5, 4 9 1號，名稱MET HOD AND APPARATUS FOR SUBSAMPLING PHASE SPECTRUM INFORMATION，申請日1 9 9 9/ 0 7/ 1 9，其讓渡給本發明的受 讓人而在此完全併供參考。此一參考波形可以是訊框叫的 波形轉換或是任何其他預設波形。 例如在使用低位元率聲音語言編碼設計的實施例中，訊 框m- 1的LP剩餘先根據一預設音調外形（可參考電信工業協 會臨時標準TIA/EIA IS-127)而變成訊框m，接著從該變成
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的波形以類似於訊框m的未量化原型的練取方式擷取出一 f型音調周期，接著得到擷取出的原型的相位d。接 者使以下值相等〇m= ΰ Vi，依此，藉由不使用位元即可藉 由從訊框m-i的波形轉換相位而預測以量化訊框m的原型相 位0 在-特別實施例中，已使用上述預測式量化設計及僅使 用38位το即編碼LPC參數及聲音語言訊框㈣剩餘。
，此已敘述-種預測式量化聲音語言的新穎及改良方法 及裝置’ f於此技術者可了解說明書中提到的資料，指令 ’指不，貢訊，信號’位元，符號及晶片等最好用電壓， 電流，電磁波，磁場或粒子，光場或粒子，或其合併等來 表不熱於此技術者更可了解與上述實施例相關的各邏輯 方塊，模組，電路及演算步驟等可以用電子硬體，電腦軟 體及其合併等來實施。上述各元件，方塊，模組，電路及 步驟只是說明其功g，至於該函數是否用硬體或軟體來實 施則是依整個系統的特別應用及設計考慮而定。熟於此技 術者可了解在這些情况下硬體及軟體是可以互換的，而且 可依各特別應用而知道後為最佳的實施上述功能，例如與 允許實施例相關的各邏輯方塊，模組，電路及演算步驟等 可以用以下實施或執行：如數位信號處理器（DSp)，特定 應用積體電路（AS I C )，場可程式閘陣列（fpga )或其他可程 式邏輯I置，分離閘或電晶體邏輯，分離硬體元件如暫存 is IF0，處理器執行—組軔體指令，任何習用的可程式 軟體模組及處理器，或其任何合併設計成執行上述功能。
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處理器最好是任—習用處理器 機器。軟體模組可位於RAM圮情^ I二仏^工為’或狀態 俨，fp_ π _ 快閃記憶體，_記憶 D r!；M - 一種習用儲存媒體。圖8中的典型處 理益6 0 0最好接到儲存媒體6 02以便從儲存媒體6〇2讀取資 汛或疋將貧訊寫入其中。或者儲存媒體6 〇 2可以與處理器 6 0 0 —體成型，處理器6〇〇及儲存媒體6〇2可位於ASIC(未 示）之中，AS 1C可位於電話之中，處理器6〇〇可以是DSP與 微處理器的合併，或是2個微處理器與])sp核心配合等。
已說明本發明的較佳實施例，然而熟於此技術者可了解 可以在不違反本發明的精神或範圍之下將上述實施例作各 種變化，因此本發明僅由以下申請專利範圍所界定。
第31頁

Claims (1)

  1. 519616 __案號 9Q109793 Ϋί 年（〇 & IS β 修正_ 六、申請專利範圍 一............」 1 · 一種量化語言參數資訊之方法，包括： 在語言之至少一先前處理訊框中產生參數之至少一加 權值，其中使用之所有加權總和係1 ; 在語言之目前處理訊框將至少一加權值從一參數值減 去以得到一差值；及 量4匕差值。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中至少一加權值包 括語言之前一處理訊框之參數值，該值具有等於1之加權 〇 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中語言係聲音語言 〇 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中參數係一音調滯 後值。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中參數係一振幅值 〇 6 .如申請專利範圍第1項之方法，更包括計算語言之目 前處理訊框之參數值。 7 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中計算包括從語言 之目前處理訊框擷取一音調周期原型，及得到音調周期原 型之頻率表示。 8 ·如申請專利範圍第6項之方法，其中計算包括計算語 言之目前處理訊框之短期頻率表示。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，更包括將短期頻率表 示分成一振幅向量及一相位向量。
    O:\70\70828-911015.ptc 第33頁 519616 修正 案號 90109793 六、申請專利範圍 dOj 1 0 . —種配置成量化語言參數資訊之語言編碼器，包 括： 在語言之至少一先前處理訊框中產生參數之至少一 加權值之裝置，其中使用之所有加權總和係1 ; 在語言之目前處理訊框將至少一加權值從一參數值 減去之裝置以得到一差值；及 量化差值之裝置。 1 1 . 一種配置成量化語言參數資訊之基礎元件，包括： 一參數產生器配置成在語言之至少一先前處理訊框 中產生參數之至少一加權值，其中使用之所有加權總和係 1 ;及 一量化器接到參數產生器及配置成在語言之目前處 理訊框將至少一加權值從一參數值減去以得到一差值。 該值具有等於1 ，其中語言係聲 ，其中參數係一 ，其中參數係一 1 2.如申請專利範圍第1 1項之基礎元件，其中至少一加 權值包括語言之前一處理訊框之參數值， 之加權。 1 3.如申請專利範圍第1 1項之基礎元件 音語言。 1 4.如申請專利範圍第1 1項之基礎元件 音調滯後值。 1 5 .如申請專利範圍第1 1項之基礎元件 振幅值。 其中參數產生 1 6 .如申請專利範圍第1 1項之基礎元件 器配置成計算語言之目前處理訊框之參數值
    O:\70\70828-911015.ptc 第34頁 519616 案號90109793 丨^产年月日 修正 六、申請專利範圍 一-…- …J 1 7.如申請專利範圍第1 6項之基礎元件，其中參數產生 器更配置成從語言之目前處理訊框擷取一音調周期原型， 及得到音調周期原型之頻率表示。 1 8.如申請專利範圍第1 6項之基礎元件，其中參數產生 器更配置成計算語言之目前處理訊框之短期确率表示。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之基礎元件，其中參數產生 器更配置成將短期頻率表示分成一振幅向量及一相位向量 20. —種配置成量化語言參數資訊之用戶單元，包括： 一處理器；及 一儲存媒體接到處理器及包含可由處理器執行之一 組指令，在語言之至少一先前處理訊框中產生參數之至少 一加權值，其中使用之所有加權總和係1 ，在語言之目前 處理訊框將至少一加權值從一參數值減去以得到一差值， 及量化差值。 ，其中至少一加 該值具有等於1 ，其中語言係聲 ，其中參數係一 ，其中參數係一 2 1 ·如申請專利範圍第2 0項之用.戶單元 權值包括語言之前一處理訊框之參數值， 之加權。 2 2 ·如申請專利範圍第2 0項之用戶單元 音語言。 2 3 ·如申請專利範圍第2 0項之用戶單元 音調滯後值。 2 4 ·如申請專利範圍第2 0項之用戶單元 振幅值。
    O:\70\70828-911015.ptc 第35頁 519616 _案號90109793_分/年，月以日 修正_ 六、申請專利範圍 ：义 2 5 ·如申請專利範圍第2 0項之用戶單元，其中該組指令 更可由處理器執行以計算語言之目前處理訊框之參數值。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之用戶單元，其中該組指令 更可由處理器執行俾從語言之目前處理訊框擷取一音調周 期原型，及得到音調周期原型之頻率表示。 2 7.如申請專利範圍第2 5項之用戶單元，其中該組指令 更可由處理器執行以計算語言之目前處理訊框之短期頻率 表示。 2 8.如申請專利範圍第2 0項之用戶單元，其中該組指令 更可由處理器執行俾將短期頻率表示分成一振幅向量及一 相位向量。 2 9. —種量化語言參數資訊之方法，包括： 在語言之至少一先前處理訊框中產生相位參數之至 少一修正值； 輸入數個相移至至少一修正值，相移數目大於或等 於0 ; 在語言之目前處理訊框將至少一修正值從相位參數 值減去以得到一差值；及 量化差值。 3 0 . —種配置成量化語言相位參數資訊之語言編碼器， 包括： 在語言之至少一先前處理訊框中產生相位參數之至 少一修正值之裝置； 輸入數個相移至至少一修正值之裝置，相移數目大
    O:\70\70828-911015.ptc 第36頁 519616 _案號90109793_p年09月η ί,去^ 修正_ 六、申請專利範圍 :::、d 於或等於0 ; 在語言之目前處理訊框將至少一修正值從相位參數 值減去之裝置以得到一差值之裝置；及 量化該差值之裝置。 3 1 . —種配置成量化語言相位參數資訊之用戶單元，包 括： 一處理器；及 一儲存媒體接到處理器及包含可由處理器執行之一 組指令，在語言之至少一先前處理訊框中產生相位參數之 至少一修正值，輸入數個相移至至少一修正值，相移數目 大於或等於0，在語言之目前處理訊框將至少一修正值從 一參數值減去以得到一差值，及量化該差值。
    O:\70\70828-911015.ptc 第37頁
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