TW561454B - Reducing memory requirements of a codebook vector search - Google Patents

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Description

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發明背景 發明領域 本發明一般而言關於通訊系統，更特定而言，係關於在 通訊系統中的語音處理。 發明背景 無線通訊的領域具有許多應用，其包含例如無線電話、 傳呼 '無線區域迴路、個人數位助理（pDA )、網際網路電 忐，及衛星通訊系統。一種特別重要的應用為行動用戶的 細胞式電話系統。如此處所使用的，該術語”細胞式，，系 統同時包含細胞式及個人通訊服務（pcs )頻率。對於這種 細胞式電話系統已發展出不同的空中傳輸介面，其包含例 如分頻多向近接（FDMA)、劃時多向近接（tdma).，及劃 碼多向近接（CDMA)。與其連接的是，已建立起不同的本 國及國際標準，其包含例如先進行動電話服務（AMPS)、 全球行動通訊系統（GSM )，及暫行標準95 (IS-95)。特別是 ’ IS-95 及其衍生系列，IS-95A，IS-95B，ANSI J-STD-008 (通常在此共同稱之為IS-95 )，其提出了對於資料等的高 資料速率系統’其係由電話通訊產業協會（TIA)及其它熟 知的標準組織所發表。
根據應用IS-95標準所設置的細胞式電話系統利用CDMA k號處理技術來提供南度有效率及穩定的細胞式電話服 務。根據應用IS_95標準所實質上設置的範例性細胞式電 話系統係揭示於美國專利編號5,1〇3,459及4,901,307，其授 權給本發明的受讓人在此引用做為參考。一種利用CDMA -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 561454 A7 B7 五、發明説明（2 ) ' ' 技術的範例性系統為cdma2000 ITU-R無線傳輸技術（RTT ) 候選提案（求由TIA提出’此處稱之為cdma2〇〇〇)。該 cdma2000標準係給定在IS-2000的初稿版本中，其已由TIA 所認可。該cdma2000提案可用許多方式來相容於IS_95。 另一種CDMA標準為W-CDMA標準，其包含在第三代合作 夥伴計畫"3GPP”，文件編號3G TS 25.211，30 TS Μ 212 3G TS 25.213，及 3G TS 25.214。 隨著數位通訊系統的普及，會對於有效率的頻率應用有 固定的需求。一種增加一系統效率之方法為傳送壓縮的信 號。在一常用的地面線路電話系統中，每秒64 kbps的取 樣速率係用來在一數位傳輸中重建一類比語音信號的品 $。但是’藉由使用壓縮技術’其利用一語音信號的冗 餘，在空中傳送的資訊量可以降低，而仍維持一高品質。 基本上，一類比語音信號到一數位信號的轉換係由一編 碼器執行，而將該數位信號轉換回一語音信號係由一解碼 器所執行。在一範例性CDMA系統中，一語音編碼器同時 包含一編碼部份及一解碼部份，其係位在遠端台與基地台 内。範例性語音編碼器係揭示於美國專利編號 5,414,796，其名為”可變速率語音編碼器，，（”VariaMe以忱 Vocoder”），其授權給本發明的受讓人在此引用做為參考。 在一浯音編碼器中，一編碼部份提取關於一人類語音產生 的模型之f數。一解碼部份使用在一傳輸頻道上接收的該 參數來重新合成該語音。該模型係時常地變化來準確地模 贺化孩隨時間變化的語音信號。因此，該語音係在計算該 -5- 本紙張尺度適用+國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公复) 561454 A7 B7 五、發明説明（3 ) 參數期間，被區分為時間或分析訊框的區塊。然後該參數 即對每個新訊框來更新。如此處所使用的，該用語「解 碼」係代表可用來轉換已在一傳輸媒體上接收的數位信號 之任何裝置，或一裝置的任何部份。該用語「編碼器」係 代表可用來轉換聲音信號到數位信號之任何裝置或一裝置 的任何部份。因此，此處所述的具體實施例可實施為 CDMA ’系統的語音編碼器，或者是非CDMA系統的編碼器 及解碼器。 其有不同類別的語音編碼器，該編碼激勵的線性預測呼 叫（CELP )、推測性編碼或向量激勵的語音編碼之編碼器 為一種類別。此特殊類別的一編碼演算法之範例係揭示於 暫行標準127 (IS-127)，其名為’’加強可變速率編碼’’（EVRC) 。此特殊類別的編碼器的另一個範例係揭示於未定案初部 提案”寬波段展頻通訊系統的可選擇模式語音編碼器服務 選項 ’’ （’’Selectable Mode Vocoder Service Option for
Wideband Spread Spectrum Communication Systems M)，文件 編號3GPP2 C.P9001。該語音編碼器之功能係壓縮該數位 化的語音信號成為一低位元速率信號，其藉由移除在語音 中所有隱含的自然冗餘。在一 CELP編碼器中，冗餘係藉 由一短期共振峰（或LPC)濾波器來移除。一旦移除了這些 冗餘，所得到的殘餘信號可模型化成為白高斯雜訊，或一 白定期信號，其亦必須被編碼。因此，藉由使用語音分 析，在於該接收器處適當的編碼、傳輸及重新合成之後， 可在該資料速率中達到顯著地降低。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 561454 A7 B7 五、發明説明（4 ) 一給足的語音訊框之編碼參數係先由決定一線性預測呼 叫（LPC )濾波器之係數來決定。該適當的選擇係數將移除 該訊框中該語音信號之短期冗餘。在該語音信號中長期的 週期性冗餘係由決定該信號的間距延遲L，及間距增益“ 來移除。該間距延遲數值及間距增益數值之可能的組合係 儲存成一可適化編碼簿中的向量。然後一激勵信號係在儲 存在一激勵波形編碼簿中的一些波形之中選出。當該適當 的激勵信號係由一給定的間距延遲及間距增益所激勵，然 後輸入到該LPC濾波器，其可產生對於該原始語音信號: $近的近似。因此，一壓縮的語音傳輸可由傳送Lpc濾波 器係數、該可適化編碼簿向量之識別及該固定的編碼簿激 勵向量之識別來執行。 -有效的激勵編碼簿結構係稱之為一代數編碼簿。該 數編碼簿的實際結構為本技藝中所熟知，其揭示於】 Ad〇ul等人賴出的論文"基於代數編碼❸快速CELp編都 ’可見於1987年4月6-9日的ICASSP論文集。該代數編 的使用進-步揭示於美國專利編號5 444 816，其名為" 於代數編碼的有效率語音編碼之動態編碼簿"（'"DpM Codebook for Effic.ent Speech Codlng Based 〇n Algebr Codes·’），該揭示内容在此引用做為參考。 由於實施最佳激勵向量的編碼簿搜尋之加強的運算及 存需求’其有固足的需求來降低進行—編 到的儲存需求。 《 4 W $ 裝 訂
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發明概要 本發明提出在編碼器中實施一快速編碼向量搜尋的 :法及裝^在-方面，提出一種方法來降低在_編碼= 中進行搜尋一向量所需要的記憶體需求。 ★ 在另一方面，提出一種由一脈衝向量編碼簿選擇一最佳 脈，向量的裝置，其中該最佳脈衝向量係由一線性預 碼器所使用，以編碼一殘餘波形。該裝置包含··一脈衝鍥 應產生器，用以產生一脈衝響應向量；一交互關連元件: 用以決定關連該脈衝響應向量到來自一濾波器的複數個信 號樣本之一交互關連向量，其中該交互關連向量係用於^ 足複數個脈衝位置，使得該複數個脈衝位置插入到該交互 關連向量提供一預定數目的高交互關連數值；一用於接收 代表來自該交互關連元件的複數個脈衝位置之指示信號， 並回應於該指示信號來輸出複數個脈衝向量，其中該複數 個脈衝向量為該脈衝向量編碼簿之次組合；及用以基於該 脈衝向量編碼簿的次組合來決定一自動關連次矩陣的一能 量運算元件，其中該自動關連次矩陣及該交互關連向量係 用來由該編碼簿選擇該最佳脈衝向量。 在另一方面，提出用以降低一編碼簿搜尋的記憶體需求 之裝置。該裝置包含：一脈衝響應產生器，用以產生一脈 衝響應信號；一交互關連元件，用以決定關連該脈衝響應 信號到一 $標信號之一交互關連向量；一選擇元件，用以 接收該交互關連向量，以使用該交互關連向量來辨識一脈 衝位置的最佳組合，並產生承載該脈衝位置的最佳組合之 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210X 297公釐) 561454 A7 B7 五、發明説明（6^"-- f別二一脈衝編碼器產生器，其用以由該選擇元件接收該 扣不k號，並用以產生複數個脈衝向量，其中該複數個脈 衝向量係基於由指示信號承載的該脈衝位置之最佳組合的 线f來產生，及一能量運算元件，用以基於該複數個脈衝 向量來/夬足自動關連次矩陣，其中該自動關連次矩陣係 用來取代一自動關連矩陣，藉此降低該編碼簿搜尋的記憶 體需求。 在另一万面，提出一種由一編碼簿選擇一最佳脈衝向量 的万法。孩方法包含：決定一目標信號及一脈衝響應之間 的一父互關連向量，其中在該交互關連向量中每個元件係 =應於一分析訊框中的一位置；決定對應於該交互關連向 κ P個最大元件之複數個p位置；由該編碼簿選擇複數 個脈衝向量來形成一次編碼簿，其中每個該複數個脈衝向 量係對應於該複數個P位置中至少一個；基於該複數個p 脈衝向量來決定一自動關連矩陣；及由該複數個P脈衝向 量選擇該最佳脈衝向量。 在另一方面，提出降低一編碼簿搜尋的該運算複雜性之 万法。該方法包含：決定使用一自動關連數值的部份組合 I此量值矩陣；儲存該能量值矩陣；使用該能量值矩陣及 來自複數個交互關連數值之交互關連值，以在複數個向量 中決定每個向量之標準值，其中每個交互關連值描述了在 該編碼簿士一目標信號與一個別向量之關係；及選擇一向 量做為最佳，如果該向量具有該最高標準的比例值。 -9 -
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五、發明說明（ 圖式簡單說明 圖1所示為一梦办丨α 為範例性通訊系統的方塊圖。 圖…為用以執行—編碼簿搜尋的〜習用裝置之方塊 圖3所一、 不為由一脈衝編碼簿預先選擇一Μ IΑ田 合之方法步騾的流程圖。 脈衝向I的次組 圖4所示為藉由預先選擇及搜尋一、A 碼簿之震置的方塊w。 ^碼簿來執行-編 行圖Γ:广/:吏用—間距增強的脈衝響應之編碼器中執 仃、·扁碼簿搜尋的裝置之方塊圖。 丁執 距Γ::為藉由預先選擇及搜尋—次編碼簿來使用-間 方^ 應之編碼器中執行—編碼簿搜4的裝置之 、圖7所不為藉由使用一查詢表來執行—快速編碼簿搜尋 之方法步驟的一流程圖。 發明詳細說明 如圖1所示，一無線通訊網路i 〇通常包含複數個遠端台 (亦稱之為行動台或用戶單元或使用者設備）12a-12d，複 數個基地台（亦稱之為基地台收發器（BTS )或節點B ) 14a-14c ’ 一基地台控制器（BSC )(亦稱之為無線網路控制器或 封包控制功能1 6 )，一行動交換中心（MSC )或交換器1 8， 一封包資科服務節點（PDSN )或交互網路功能（IWF ) 20， 一公用交換電話網路（PSTN ) 22 (典型的一電話公司），及 一網際網路協定（I P )網路2 4 (典型為該網際網路）。為了 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝 訂 561454
簡化起見，所示為四個遠端台12a-12d、三個基地台14a· 14c、一BSC 16、一 MSC 18 及一 PDSN 20。本技藝專業人士 將可瞭解到，其可有任何數目的遠端台12、基地台丨#、 BSC 16、MSC 18 及 PDSN 20。 在一具體實施例中，該無線通訊網路i 〇為一封包資料 服務網路。該遠端台12a_12d可為任何一種不同形式的無 線通訊裝置，例如一可攜式電話、一細胞式電話，其連接 到執行I P為主的網頁瀏覽器應用之膝上型電腦，一具有 連結的車用免持聽筒之細胞式電話，一執行1?為主的網 頁瀏覽器應用之個人資料助理（PDA)，一加入到可攜式電 腦中的無線通訊模組，或一固定位置的通訊模組，例如可 在一無線區域迴路或自動讀表系統中所發現到的。在該最 為一般性的具體實施例中，遠端台可為任何形式的通訊單 元。 β运台12a-12d可用來執行一或多個封包資料協定， 例如像是EIA/TIA/IS-707標準中所揭示。在一特定具體實 施例中，该遠端台12a-12d產生指定給該ip網路24之1?封 包，並使用一點對點協定（ppp )來包覆該〗p封包到訊框 中。 在一具體實施例中，該I P網路2 4係耦合於該pC)SN 2〇， 該PDSN 20係耦合於該MSC 18，該MSC 18係耦合於該BS(： 16及遠PSpj 22，且該BSC 16係透過有線來耦合到該基地 台14a-14c，用以根據任何數個已知的協定來傳輸語音及/ 或資料封包，其包含例如El，T1，非同步傳送模式（atm) -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公«) 561454 A7 B7 五、發明説明（9 ) ，IP，訊框轉運，HDSL，ADSL或xDSL。在另一具體實施 例中，該BSC 16係直接耦合到該PDSN 20，而該MSC 18並 不耦合到該PDSN 20。在另一具體實施例中，該遠端台 12a-12d在一 RF介面上通訊於該基地台14a-14c，其定義在 該第三代合作夥伴計化2 ’’3GPP2”，’’Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems，’，3GPP2 文 件編號 C.P0002-A，TIA PN-4694，其出版為 TIA/EIA/IS-2002-2-A，（初稿，編輯版本3 0)( 1999年1 1月1 9曰），其 在此完整引用做為參考。在另一具體實施例中，該遠端台 12 a-12d在一RF介面上通訊於該基地台14 a-14c，其定義在 第三代合作夥伴計畫” 3GPP ’’，文件編號3G TS 25.211，3G TS 25.212, 3G TS 25.213，及 3G TS 25.214。 在該無線通訊網路1 0的典型運作期間，該基地台14a-14c接收及解調變反向鏈結信號之組合，其係來自正在進 行電話撥接、網頁瀏覽或其它資料通訊之多個遠端台12a-12d。每個由一給定基地台14a-14c所接收的反向鏈結信號 係在該基地台14a-14c中處理。每個基地台14a-14c可藉由 調變及傳送前向鏈結信號之組合到該遠端台12a-12d來通 訊於複數個遠端台12a_12d。舉例而言，如圖1所示，該基 地台14a同時通訊於第一及第二遠端台12a，12b，而該基 地台14c同時通訊於第三及第四遠端台12c，12d。所得到 的封包傳送到該BSC 16，其提供通話資源配置及行動管理 功能，其包含一特定遠端台12a-12d的一通話之軟交遞的 和諧結合由一基地台14a-14c到另一個基地台14a-14c。舉 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
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例而言，一遠端台12c係同時通訊於兩個基地台14b，14c。 最後，當該遠端台12c移動到與該基地台14c足夠遠時，該 通話將交遞到其它基地台14b。 如果該傳輸為一習用的電話通話，該BSC 16將導引該接 收的資料到MSC 18，其提供額外的路由服務來提供與 PSTN 22的介面。如果該傳輸為一封包為主的傳輸，例如 一目標為IP網路24之資料通話，該Msc 18將導引該資料 封包到PDSN 20，其將傳送該封包到丨p網路2 4。另外，該 BSC 16將直接導引該封包到PDSN 2〇，其傳送該封包到ιρ 網路2 4。 如上所述，一語音信號可分段為訊框，然後由使用LPC 濾波器係數、可適化編碼簿向量及固定的編碼簿向量來模 型化。為了產生該語音信號的一最佳模型，該實際語音與 该重新產生的語音之間的差異必須最小化。一種決定該差 異是否為最小的技術係決定該實際語音與該重新產生的語 音之間的關連值，然後來選擇一組具有最大關連特性之元 件。 減_少未使用間距增強的編砥器之儲存雲龙 圖2所示為在一習用編碼器中由一編碼器選擇一最佳激 勵向量之裝置的方塊圖。此編碼器係設計來最小化該運算 複雜度’其包含藉由迴旋一輸入信號於一滤波器的脈衝響 應來搜尋一波形編碼簿，該複雜性會因為搜尋多個波形之 需要而進一步增加，藉以決定那一個波形造成最匹配於一 目標信號。一迴旋的儲存需求為Μ X Μ，其中Μ為該分析 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐) 561454 A7 B7 五、發明説明（Ή 訊框的大小。 一語音樣本的訊框係由一感知的加權濾波器2 3 0所濾 波’以產生一目標信號X (η )。該感知加權滤波器的設計 與實施係描述在前述的美國專利編號5,414,796中。一脈衝 響應產生器210產生一脈衝響應h(n)。藉由該脈衝響應 h(n)及該目標信號x(n)，一交互關連向量d(n)係根據以 下的關係而產生在運算元件2 9 0 : d(i) = Σχ(〇/ι(ί - j\ for ; = 0 to Μ -1. 該脈衝響應h(n)亦由運算元件250使用來產生一自動關 連矩陣： M-t J) = Σ - 〇h(n - ;), for / >: j 該自。動關連矩陣㈣傳送到運算元件24()。脈衝編碼簿 產生器200產生複數個脈衝向量eg Π二運算=°，s “由所要選出的= 碼4向κ耗碼相大,j、。Np為代表—脈衝向 脈衝數目的數值。-激勵波形編碼簿’其在此處 ： 一脈衝波形編碼簿或一脈衝編碼簿， 马 衝位置俨號夹連*，/ η 具了回應於複數個脈 唬來產生U.l = 〇，…._ (未示於圖中、，η
Pi為孩脈衝向量Ck中第丨個單位脈充的位 ，、中 衝心一相對應的符號^指應到該脈衝。所^個脈 碼向量ck係由下式給定： 侍到的編 ι*=0 -14 本紙張尺度it财關家·(€Ν8)ϋ(21(3Χ297^^ 561454 A7 B7 五、發明説明（12 ) 運算元件2 4 0係根據以下的公式來利用自動關連矩陣0 來濾波該脈衝向量：
Eyy = ) + 2, Σ £^ ^ (Ρί )Φ(Ρί ,Pi).
-ί=ΰ ι=ο y=/+J 該脈衝向量{ c k，k = 1，·.，CBsize}亦由運算元件290使 用，以根據以下等式來決定d ( η )及Ck( n) 一交互關連： 一旦已知E yy及E xy的數值，一運算元件2 6 0使用以下的 關係式來決定數值T k :
裝
訂
對應於T k最大值的脈衝向量係選擇為該最佳向量，以編 碼該殘留的波形。 此處所述的具體實施例可用來降低上述方案的儲存需 求。實際上，此處所述的具體實施例可在運算上更有效率 地製作及搜尋編碼簿。在一具體實施例中，選擇該最佳編 碼簿向量所需要的運算次數係由該完整的編碼簿中預先選 擇一脈衝向量的次組合之步驟來減少，然後僅在該預先選 擇的次組合上執行一搜尋。在一具體實施例中，該預先選 擇係由泫父互關連向量d ( η)所決定。如果發生一預先選 擇，然後相對應地，可使用一較小的自動關連矩陣0來決 定該能量值E yy。對於本技藝之專業人士，使用一較小且 不完整的自動關連矩陣0似乎並不想要，因為使用遞迴的 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X^7^17- 561454
五、發明説明（13 ) 運算有效方法可避免使用。遞迴通常係根據過去的數值， 藉以運算出未來的數值。為了謹慎地在該遞迴中省略某些 數值’其將會造成不想要的結果。
裝 但是，此處的具體實施例需要使用較小的自動關連矩 陣’藉由在該運算中使用遞迴的能力之成本條件之下來降 低一編碼簿搜尋的記憶體需求。當該預先選擇的次組合之 大小很小時，在記憶體減少所得到的增益要遠比所增:的 運算複雜度之成本要重要。 訂
圖3所示為一具體實施例的流程圖，其中發生由該脈$ ，碼薄中預先選擇一脈衝向量的次組合。在步騾3〇〇中 又互關連向量d(n)係對於〇SnSM-l來決定，其中乂為^ 向量的大小，其對應於該分析訊框的長度。在步驟3〇fl 中，P (其中P<M)位置在長度μ的目標信號中，立係基^ 向量d(n)的Ρ最高值來選擇’ 為了說明的f 的，這些預先選擇的脈衝位置之組合係標示為ρ,。為了上 ν便於標示，使得為在該脈衝向量4中第丨個單位用 衝的位置，使得W ‘屬於該组合P，。再者，使得p,(i) OSbP-i ’其代表該组合p’之每個元素。舉例而言在_ 大小M = 80之訊框巾’在該訊框中p = 2〇(p|⑴。i<i9 (位置可以預先選擇，使得d(p|⑴）係位在d⑷的最違 的2〇個數值内，〇$nS79。 在步驟3G4中，複數個編碼向量由該編碼簿中選擇，1浪 :據該編碼向量是否僅在?，⑴’ 〇如]處包含脈衝:名 步驟料’根據以下公式來決定—尺寸為ρχρ之次矩轉 -16 -
561454 A7 B7 五、發明説明（14 )
Φ\ι.ί) = h(n-p\i))h{n-p\])\ 0<iJ<P-l, η=ΜΛΧ{ρΦα),ρα)) 在步驟3 0 8中，該自動關連次矩陣0，係用來決定該次編 碼簿中該脈衝向量的能量項E yy。在該編碼簿中，對於該 未選擇的脈衝向量不需要執行能量決定。在步騾310中， 該標準值Tk對於該次編碼簿之每個脈衝向量來決定。在步 騾3 1 2中，對應於該最大值的Tk之次編碼薄之脈衝向量係 選為該最佳脈衝向量來編碼該語音信號。此處所述的方法 可互換，而不會影響此處所述的該具體實施例之範圍。 使用上述的具體實施例，該編碼簿向量搜尋所需要的儲 存2間由（Μ X Μ )降低到（P X P)。舉例而言，如果該分析 訊框為80個樣本長度，對於該分析訊框需要X 8〇 = 6400的位置需求，在當一次編碼簿基於2 〇個脈衝位置來 選擇時，可減少到僅20 X 20 = 400。該Ρ的選擇為一實施 的細節，其可根據實施該具體實施例的編碼器之記憶體限 制來改變。因此，可能的Ρ值之範圍可為由丨到Μ之任一 個。 圖4為一種藉由預先選擇及搜尋一次編碼薄來實施一編 碼簿的裝置。一種語音樣本的訊框s(n)係由知加權 濾波器43 0來濾波，以產生一目標信號χ(η)。_脈衝響廯 產生器410產生一脈衝響應h(n)。藉由該脈衝響應&: 及該目標信號x(n)，一交互關連向量d(n)根據關= 式而產生在運算元件415中： 、 -17-
561454 A7 B7 五、發明説明（15 ^(055 x(i)h(i ~ y)> for 7 = 0 to Μ -1. ;*ι ' 藉由脈衝編碼簿產生器400所產生的脈衝向量，選擇元 件4 2 5對於d(p，(i))具有d (η )的該P最大值來決定該脈衝位 置P’(0，OS Ρ-1。該脈衝位置p，（i)係由運算元件4 3 5使 用來根據以下公式決定該交互關連值（Exy，）2 : (Ο2督灿W)' 其必須注意到，該脈衝的數目仍為N p，但該脈衝位置僅 由該組合y中採取數值。 在一具體實施例中，一交互關連元件4 9 0係用來實施該 運算元件415，435，及該選擇元件425之功能。在另一具 體實施例中，該裝置可設置來使得該選擇單元4 2 5之功能 係由獨立於執行該運算元件415，435之功能的組件之一組 件來執行。其有可能在該裝置中具有許多組件的組態，而 不會影響此處所述之具體實施例的範圍。 該脈衝位置p'(i)進一步由運算元件450使用來決定一尺 寸P X P之自動關連次矩陣4’，並藉由一脈衝編碼簿產生 器4 0 0來決定該次編碼簿的該搜尋參數。 運算元件4 5 0使用該脈衝位置p，（i)及該脈衝響應h(n)， 以根據以下公式來產生一自動關連次矩陣0，： M-1 〆(〆(*·)，〆()))=^ P^)h(n - PU))r 〇 < ί, ； < p -1 . 該自動關連次矩陣0 ’的登錄係傳送到運算元件4 4 〇。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐） 561454 A7
E 一脈衝次編碼簿係由脈衝, 衡、扁碼薄產生器400回應於複數 個脈衝位置信號所產生，{? ^ ^ •…，Np·1}，其係來自選擇 兀件4 2 5，其中Pfc為該脈衝 淫.,/； 门I C k中罘1個單位脈衝的位 置’使侍P*為該組合P，的一 几素。NP為一數值，其代表 在一脈衝向量中該脈衝的數 敷目 脈衝編碼簿產生器4 0 0產 生複數個脈衝向量，丨c k k —】 ^ ^ 叫，··，CB1 仏e}，其中CBlsize 因為預先選擇的結果而小於cb 。 運算元件440根據以下公彳办i < 式來利用自動關連次矩陣0 ’來 濾波該脈衝向量： 1 Nr\N^\ = Σ#(β，Μ)+2·Σίλ /*〇 /=0 違脈衝向里{ Ck，k =丨，..，CBlsize}亦由運算元件49〇使 用來決足d (η)與Ck( n)之間的一自動關連，如上所述。 一旦Eyy及Exy的數值使用以下的關係式來決定該數值
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對應於該Tk的最大值之脈衝向量係選擇為該最佳向量來 編碼該殘留的波形。在一具體實施例中，於搜尋該最佳編 碼簿向量期間，該脈衝位置並未對於該訊框中所有的位置 來做索引。而是，該脈衝位置僅對該預先選擇的位置來做 索引。 在另一具體實施例中，一單一處理器及記憶體可設置來 執行圖4之個別組件的所有功能。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 561454 A7
減少使违一間_距増進存需求 編碼解碼 ，該編碼 前向及反 在新世代的編碼器中，你該增進的可變速率 器（EVRC )及該可選擇的模式語音編碼器（圓乂） 簿脈衝的該間距週期性貢獻係由加入一增益調整 向間距銳化處理到該語音信號的分析訊框。 一間距銳化的範例為根據以 合脈衝響應 ： 下關係式來由h (η )形成一複 石⑻=g Γ蜘一(卜以)+…4蜘-3LH君> -2L)十君片〇 +岭） + g ph{n + L) + g2ph(n + 2L) -i· 5 + 3L) +... + gp^h(n + (P - 1)L) 其中P為該次訊框中所包含的長度L之間距延遲週期（全 部或部伤）之次數，L為該間距延遲，而g p為該間距增 益。 圖5所示為搜尋一激勵編碼薄之裝置的方塊圖，其中該 濾波器的脈衝響應已經為間距增進。一種語音樣本的訊框 s ( η)係由一感知加權濾波器5 3 〇來濾波，以產生一目標信 號χ(η)。一脈衝響應產生器510產生一脈衝響應h(n)。 該脈衝響應h ( η )係輸入一間距銳化元件5 7 0，並產生一複 合脈衝響應fi(n)。該複合脈衝響應fi(n)及該目標信號x ( η )係 輸入到一運算元件5 9 0，以根據以下關係式來決定一交互 關連向量d(n): w-i _ d(i) = ^x(i)h(i- j)f fory = 0toM-1. 尸。 該複合脈衝響應H(n)亦由運算元件550使用來產生一自動 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝 訂
線 561454 A7 B7 克、發明説明（ 18
關連矩陣： J) 5=5 ^ ft (/ϊ—i)h {η - y), for i > j · 該自動關連矩陣0的登錄係傳送到運算元件5 4 〇。脈衝 編碼薄產生器5 0 0產生複數個脈衝向量{ Ck，k=l，..，CBsizej ’其亦輸入到運算元件5 4 0。CBsize為一最佳編碼簿向量 所要選擇的該編碼簿之大小。N p為代表在一脈衝向量中 該脈衝的數目之數值。運算元件5 4 〇根據以下公式來利用 自動關連次矩陣濾波該脈衝向量： ικ〇 /-〇 yn/+l 該脈衝向量{Ck:，k=l，··，CBsize}亦由運算元件590使用來 決定d(n)與ck(n)之間的一自動關連，其係根據以下等式·· \f=0 / 一旦該E yy及E Xy為已知，一運算元件5 6 0利用以下關係 式來決定該數值T k : h--^ · 對應於該T k的最大值之脈衝向量係選擇為該最佳向量來 編碼該殘留的波形。 圖6所示為一裝置的方塊圖，其將執行一編碼器的一快 速編碼簿搜尋，其加入間距增進在該脈衝響應中。一種語 音樣本的訊框s ( η )係由一感知加權濾波器6 3 〇來滤波，以 -21 - 言紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格( X 297公釐） 裝 訂
k 561454 A7 B7 五、發明説明（19 ) 產生一目標彳3號\(11)。一脈衝響應產生器61〇產生一脈衝 響應h ( η)。該脈衝響應h (n )輸入到一間距銳化元件 6 7 0 ’並產生一複合脈衝響應f；(n)。該複合脈衝響應Η⑻及 違目標#號X ( η )係輸入到一運算元件6 1 5，以根據以下關 係式來決定一交互關連向量d (η ): Λ/-1 ? !^(0 - ^x(})h(i- for ; = 0 to Af -1. y-〇 藉由脈衝編碼簿產生器600所產生的脈衝向量，選擇元 件6 2 5對於d ( p ’（ i))具有d (η )的該p最大值來決定該脈衝 位置p’(i)，OS iS Ρ-1。該脈衝位置p’（i)係由運算元件63 5 使用來根據以下公式決定該交互關連值（Ε )2 : (Ο2 5:5 ixu’yu’j] ·
Vi-0 / 在一具體實施例中，一交互關連元件6 9 0係用來實施該 運算元件615，635，及該選擇元件625之功能。在另一具 體實施例中，該裝置可設置來使得該選擇單元6 2 5之功能 係由獨立於執行該運算元件615，635之功能的組件之一組 件來執行。其有可能在該裝置中具有許多組件的組態，而 不會影響此處所述之具體實施例的範圍。 該脈衝位置p’(i)進一步由運算元件650使用來決定一尺 寸P X P之自動關連次矩陣0 ’並籍由一脈衝編碼簿產生 為6 0 0來決定該次編碼薄的遠搜寻參數。運算元件650使 用該脈衝位置p’(i)與該複合脈衝響應⑼來根據以下公式 來產生一自動關連次矩陣0 ·: -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）
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561454 五、發明説明（ 20 /(〆(0，〆〇·))= Σ h{n - p\i))h(n - p\j)\ 0 < i, j S P -1. n^MAXip^Aj)) 該自動關連次矩陣0，的登錄係傳送到運算元件6 * 〇。 一脈衝次編碼簿係由脈衝編碼簿產生器6 〇 〇回應於複數 個脈衝位置信號所產生，{(i=0,…斗1}，其係來自選 擇元件4 2 5，其中β為該脈衝向量Ck中第i個單位脈衝的 位置，使得A為該組合p，的一元素。Np為代表在一脈衝向 量中該脈衝的數目之數值。脈衝編碼薄產生器6 〇 〇產生複 數個脈衝向量，{Ck，k= ；!，…，CBlsize}· 運算元件6 4 0根據以下公式來利用自動關連次矩陣必，來 滤波遠脈衝向量： ^yy = k*P k ) k * >-Ρ * ) * |·:0 ί-0 ；«/+ι 違脈衝向量{ C k，k = 1，.·，CBlsize}亦由運算元件635使 用來決定d ( η )與c k( n )之間的一自動關連e xy，如上所述。 一旦该E yy及E xy為已知，一運算元件6 6 0利用以下關係 式來決定該數值T k : K)1 裝 訂 線
Tk 對應於該T k的最大值之脈衝向量係選擇為該最佳向量來 編碼該殘留的波形。上述的Eyy運算之好處為加入該前向 及反向間距銳化到該編碼薄搜尋，而不需要一記憶體密集 的運算。因此，該具體實施例轉換一 Μ X Μ儲存空間的既 有需求成為僅Ρ X Ρ儲存空間的需求。 -23
本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) Α4規格(210X297公D 561454
一 2 -脈衝簿搜暴的銪_奁 在另一個具體實施例中，一 2 -脈衝（Np=2)搜尋係由預先 運算E yy矩陣來降低，而非由一自動關連矩陣0。此具 骨豆實施例之描述係關連於上述圖6之具體實施例，但其必 須、/王意到’此具體實施例可單獨實施，而不需要過度的實 驗。其僅為了說明目的，其使用圖6之說明中的記號。 圖7所不為使用一記憶體查詢表之流程圖，以決定該最 佳編碼向量’而不需要密集的運算。在步驟700中，該交 互關連向量d(n)係使用該Lpc濾波器及該目標信號χ(η) 4脈衝響應h(n)來決定。在步驟7〇2中，一能量向量 係根據以下公式來決定： 其中’ 〇 $ 1，j $ p-ι，而0，(i，j)值係根據下式來運算： 因此除了運算該整個矩陣0 ’，該始陣0，係運算及用來 產生该矩陣 E yy。在步騾 7 〇 4 中，At step 704, a search for an optimal code vector is performed using a lookup table storing the values Eyy(i，j)使用具有儲存的Eyy數值之查詢 表，可允許降低該搜尋的複雜度，因為該系統不再需:來 加總矩陣0的許多數值來決定正在該編碼簿中搜尋的每個 脈衝向量之Eyy數值。 本技藝之專業人士將可瞭解該資訊及信號可使用任何一
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-24-
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種不同的科技及技術來代表。舉例而言，在整個上述說明 广所參考到的資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符 唬及片兀可由電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光學場 或粒子、或其任何組合來代表。 那些專業人士可進一步瞭解到配合此處所揭示的具體實 施例所描述的說明性邏輯方塊、模組、電路及演算法步驟 可實施、為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。為了清楚地 =明此硬體與軟體的互換性，不同的說明性組件、方塊、 模組、電路及步驟在以上通常係以其功能性來描述。這種 功旎疋否實施為硬體或軟體，其係根據施加於該整體系統 上的孩特足應用及設計限制。專業技藝人士可利用每個特 定應用之不同的方式來實施所描述的功能性，但這種實施 決策必須不能解釋成為背離本發明的範圍。 配合此處所揭的具體實施例所描述的不同說明性邏輯 方塊、模組及電路可實施或利用一通用處理器、一數位信 號處理器（DSP)、一特定應用積體電路（ASIC)、一場域可 程式閘極陣列（FPGA)，或其它可程式化的邏輯裝置、離 散閘極或電晶體邏輯、離散硬體組件、或其任何組合設計 成執行此處所描述的功能來執行。一通用處理器可以為一 微處理器，但另外，該處理器可為任何習用的處理器、控 制器、微控制器或狀態機器。一處理器亦可實施為一運算 裝置的組合，例如一 DSP與一微處理器之組合，複數個微 處理器，一或多個微處理器結合一 DSp核心，或任何其它 這種組態。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 561454 A7 B7 五、發明説明（23 ) 配合此處所揭示的具體實施例所描述的一方法或演算法 之步驟可直接實施為硬體、由一處理器執行的一軟體模 組，或為該兩者的組合。一軟體模組可存在於RAM記憶 體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM 記憶體、暫存器、硬碟、一可移除碟片、一 CD-ROM，或 任何其它在本技藝中已知的儲存媒體。一範例性儲存媒體 係耦合於該處理器，使得該處理器可讀取資訊及寫入資訊 到該儲存媒體。另外，該儲存媒體可整合到該處理器。該 處理器及該儲存媒體可存在於一 ASIC。該ASIC可存在於 一使用者終端機中。另外，該處理器及該儲存媒體可存在 為一使用者終端機中的離散組件。 先前所揭示的具體實施例之說明係提供來使得本技藝中 任何專業人士可製作或使用本發明。本技藝之專業人士可 立即暸解到這些具體實施例之許多修正，及此處所定義的 基本原理可在不背離本發明之精神或範圍之下來應用到其 它具體實施例。因此，本發明並非要限制於此處所示的具 體實施例，而是要根據符合於此處所揭示的原理及創新特 徵之最廣義範圍。 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）
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Claims (1)

  1. 561454 A8 B8 C8
    1. 田一脈銜向量編碼簿選擇一最佳脈衝向量之裝置 匕中該最佳脈衝向量係由一線性預測編碼器用來編碼 歹戈邊之波形，該裝置包含· 產生一脈衝響應向量之一脈衝響應產生器； -交互關連元件’其用以決定關連該脈衝響應向量 到來自- it波器之複數個目標信號樣本，其中該交互關 連向量係用來決定複數㈣衝位置，使得該複數個脈衝 位置插入到該交互關連向量，其提供—預定數目之高交 互關連值； 一脈衝編碼簿產生器，用以接收代表來自該交互關 $元件的複數個脈衝位置之指示信號，且用以回應於該 才曰不仏號來輸出複數個脈衝向量，其中該複數個脈衝向 量係該脈衝向量編碼簿之次組合；及 一能量運算元件，其根據該脈衝向量編碼簿的次組 合決足一自動關連次矩陣，其中該脈衝向量編碼簿及該 交互關連向量係用來由該編碼簿選擇該最佳脈衝向量。 2·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中該交互關連元件包 含： 至少一運算元件，決定該交互關連向量；及 一選擇元件，用以決定該複數個脈衝位置及產生該 指示信號。 3· —種減少一編碼簿搜尋的記憶體需求之裝置，其包含： 用以產生一脈衝響應信號之一脈衝響應產生器； 一文互關連元件’用以決定關連該脈衝響應信號到 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210x 297公釐) 561454 A8 B8 C8 _____D8 々、申請專利範圍 一目標信號之交互關連向量； 一選擇元件，用以接收該交互關連向量，並使用該 交互關連向量辨識一脈衝位置之最佳組合，以及產生承 載該脈衝位置的最佳組合之識別之一指示信號； 一脈衝編碼簿產生器，其用以由該選擇元件接收該 指示信號，並產生複數個脈衝向量，其中該複數個脈衝 向量係根據由該指示信號所承載的脈衝位置的最佳組合 之識別來產生；及 一能量運算元件，用以根據該複數個脈衝向量決定 一自動關連矩陣，其中該自動關連次矩陣係用來取代一 自動關連矩陣，藉此降低該編碼簿搜尋之記憶體需求。 4· 一種由編碼一殘留波形的複數個脈衝向量當中選擇一最 佳配合的脈衝向量之裝置，該裝置包含： 一記憶體元件；及 耦合於該記憶體元件之一處理元件，其用以實施儲存 在該記憶體元件中之一指令組合，該指令組合係用以： 根據一預足之X互關連向量來決定一脈衝位置之最 佳組合； 決定對應於該脈衝位置的最佳組合之複數個脈衝向 量，其中該複數個脈衝向量係小於該編碼簿； 僅根據該複數個脈衝向量計算一自動關連次矩陣； 使用该自動關連次矩陣決定複數個能量值，其中各 能量值係對應於該複數個脈衝向量之_ •及 選擇該最佳配合的脈衝向i做為I自該才复數個脈衝 -28- 本紙張尺度逋用中國國家樣準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 561454 A8 B8 C8 ____D8 々、申請專利範圍 向量中具有最高標準數值之脈衝向量，其中該最高標準 數值係根據該複數個能量數值及該交互關連向量決定。 5· —種由一編碼渾選擇一最佳脈衝向量之方法，其包含： 決定一目標信號及一脈衝響應之間之一交互關連向 量’其中在該交互關連向量中，各元件係對應於一分析 訊框中之一位置； 決定複數個P位置，其對應於該交互關連向量之p最 大元件； 由該編碼簿選擇複數個脈衝向量，以形成一次編碼 簿，其中各複數個脈衝向量係對應於該複數個p位置中 至少一個； 根據遠複數個P脈衝向量決定一自動關連矩陣；及 由該複數個P脈衝向量選擇該最佳脈衝向量。 6. —種由一編碼簿選擇一最佳脈衝向量之裝置，其包含： 用以決定一目標信號及一脈衝響應之間的一交互關 連向量之裝置，其中互相關聯向量中之各元件皆對應於 一分析框中之一位置； 用以決定對應於該交互關連向量的p最大元件之複數 個P位置之裝置； 用以由S編碼薄選擇複數個脈衝向量以形成一次編 碼簿之裝置’其中各複數個脈衝向量係對應於該複數個 P位置中至少一·個； 根據該複數個脈衝向量用以決定一自動關連矩陣之 裝置；及 -29 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 561454 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 用以由該複數個脈衝向量選擇該最佳脈衝向量之裝 置。 7. —種降低一編碼簿搜尋之運算複雜度之方法，其包含： 使用一自動關連數值之部份組合決定一能量數值矩 陣； 儲存該能量數值矩陣； 使用該能量數值矩陣及來自複數個交互關連數值之 一交互關連數值，以決定在複數個向量中各向量之一標 準值，其中各交互關連數值描述了 一目標信號與在該編 碼簿中一個別向量之間之關係；及 選擇一最佳向量，如果該向量具有最高的標準比例 值0 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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