TWI332193B - Method and apparatus of processing time-varying signals coding and decoding and computer program product - Google Patents

Description

丄332193 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於信號處理，且争胜—_ 又特疋吕之，係關 ;用於儲存及擷取或用於通信之信號之編碼及解碼。 【先前技術】 在數位電信中，信號需要經編碼以便傳輸且信號需要經 解碼以便接收。信號之編碼與將原始信號轉換為適於在傳

輸媒體上傳播之格式相關。目標為保持原始信號之品質， 但消耗媒體之較少頻寬。信號之解碼涉及編碼過程之反 轉。 已知之編碼機制使用脈衝編碼調變（PCM)技術。舉例而 °參看圖〗，其展示可為語音信號之區段的時變信號 x(t)e y轴及X轴分別表示振幅及時間。類比信號x(t)由複數 個脈衝20取樣。每一脈衝20具有表示特定時間之信號x(t) 之振幅。舉例而m，可將脈衝20中之每一者之振幅 編碼為用於稍後傳輸之數位值。 為即省頻寬，在傳輸之前，可使用對數壓擴過程來壓縮 PCM脈衝20之數位值。在接收端，接收器僅執行上述之編 碼過程之反轉以恢復原始時變信號x(t)之近似型式❶使用 上述機制之裝置通常稱為a法則或μ法則編解碼器。 隨著使用者之數目增大，存在對頻寬節省之進一步的實 際而要舉例而言，在無線通信系統中，使用者之多樣性 可為共用一有限的頻譜。通常為每一使用者在其他使用者 之間配置一有限頻寬。 120121.doc 在過去十多年，語音編碼器之發展已取得相當大的進 步。通常採用之技術使用碼激勵線性預測（CELP)方法。 CELP方法之細節可在下列出版物中找到：Prentice Hall於 1978 年 9 月出版之 ISBN為 0132136031 的 Rabiner及 Schafer編 著之標題為"Digital Processing of Speech Signals"之出版 物；及由Wiley-IEEE Press於1999年9月出版之ISBN為 0780353862 的 Deller、Proakis 及 Hansen 編著之標題為 "Discrete-Time Processing of Speech Signals"之出版物。下 文簡要描述作為CELP方法之基礎的基本原理。 現返回參看圖1。使用CELP方法而非個別地數位編碼並 傳輸每一PCM樣本20，以群編碼並傳輸PCM樣本20。舉例 而言，首先將圖1中之時變信號x(t)之PCM脈衝20分割為複 數個訊框22。每一訊框22具有固定的持續時間（例如，20 ms)。 將每一訊框22内之PCM樣本20經由CELP機制共同編碼且 隨後傳輸其。經取樣之脈衝之例示性訊框為在圖1中展示 之PCM脈衝群22A至22C。 為簡單起見，僅採用三個PCM脈衝群22 A至22C以便說 明。在傳輸之前的編碼期間，將PCM脈衝群22A至22C之 數位值連續地饋送至線性預測器（LP)模組。所得輸出為亦 稱為”LP濾波器”或簡稱為"濾波器"之頻率值集合，其基本 上表示脈衝群22A至22C之頻譜内容。接著量化LP濾波 器。 LP模組產生PCM脈衝群22A至22C之頻譜表示之近似 值。同樣，在預測過程期間，引入誤差或剩餘值。將剩餘 120121.doc 1332193 值映射至碼薄，該碼薄載運可用於緊密匹配pCM脈衝群 22A至22C之經編碼之數位值的各種組合項。映射碼薄中 之最擬合的值。經映射之值為待傳輸之值。整個過程稱為 時域線性預測（TDLP)。 • 因此，在電信中使用CELP方法，編碼器（未圖示）僅必須 產生LP濾波器及經映射之碼薄值。傳輸器僅需要傳輸Lp 濾波器及經映射之碼薄值，而非如上述之&法則及μ法則編 • 碼器中的個別編碼之PCM脈衝值。因此，可節省實質量之 通信通道頻寬。 在接收器端，亦具有類似於傳輸器中之碼薄的碼薄。接 收器中之依賴於同一碼薄之解碼器（未圖示）僅必須反轉如 上所述之編碼過程。與所接收2Lp濾波器一起，可恢復時 變信號x(t)。 号為止諸如上述之CELP機制的已知語音編碼機制 中的許多個係基於待編碼之信號係短時靜態的之假設。亦 • 即，機制係基於經編碼之訊框之頻率内容係靜態的且可由 簡單的（全極點）遽波器及在激勵濾波器中之某輸入表示而 近似之前《。達成如±所述之碼薄之各種TDLp演算法係 基於此模型U ’個體之間的語音模式可係非常不同 的。諸如自各種樂器發出之聲音之非人類音訊信號亦與人 類對應物之音訊信號顯然不同。此外，在如上所述之 CELP過程中’為加速即時信號處理，通常選擇短時訊 框。更具體言之，如圖i中所示，為在pcM脈衝群（諸如 22A至22C)之值至碼薄t之向量對應項的映射中減小演算 120121.doc 1332193 I遲界定（例如）如圖1中所示之2〇 ms之短時窗22。然 而’自每—訊框獲得之頻讀或共振峰資訊通常係 '普通的且 在其他訊框之間可被共用。因此，以一並非為頻寬節省之 冑佳關注之方式，經由通信通道或多或少重複地發送共振 峰資訊。 因此’存在對提供具有信號品質之改良㈣的編碼及解 碼機制的需要，該機制不僅適用於人類語音而且適用於多 • #其他聲音’且進-步可用於有效利用通道資源。 讓渡給與當前中請案之受讓人相同的受讓人之同在申請 中之美國專利申請案第11/583,537號藉由使用首先將時變 信號轉換為頻域信號之頻域線性預測（FDLp)機制而解決前 述需要。接著’識別頻域信號之包絡及載波部分。接著將 頻域信號分類為複數個子頻帶。包絡部分藉由為全極點模 型之FDLP機制近似。近似估計亦表示全極點模型之剩餘 部分之載波部分。全極點模型信號包絡及估計之載波之所 • #寻資料被封包化為適用於傳輸或儲存之經編瑪信號。為重 建時變信號，解碼經編碼之信號。解碼過程基本上為編碼 過程之反轉。 對於改良之信號品質，在封包化及編碼之前、仍處於實 質上無額外帶寬的額外消耗處，可更精择地判定信號載 波。 【發明内容】 在一種裝置及方法中，時變信號被分割為子頻帶。每一 子頻帶經由頻域線性預測（FDLp)機制而處理及編碼以達成 120l21.doc 1332193 全極點模型。估計在每_; 丁隹| +頻帶中由機制產生之剩餘信 唬。全極點模型及剩餘信號分別表示每一子頻帶中之希伯 特（祕叫包絡及希伯特載波。經由外差過程，使時域剩 餘信號朝向基頻位準而頻率移位為經向下移位之載波作 號。全極點模型及經向下移位之載波信號之經量化值㈣ 包化為適用於傳輸或儲存之經編碼之信號。為重建時變作

號，解碼經編碼之信號1碼過程基本上為編碼過程之^ 轉0 經分割之訊框可經選擇為在導致信號源之格式或共同頻 譜資訊之更有效使料持續時間上相對較長。如描述而實 施之裝置及方法不僅適用於元音語音，而且亦適用於諸如 由各種樂器發出的聲音之其他聲音，或其組合。 々熟習此項技術者自以下[實施方式]及附圖將易於瞭解此 等及其他特徵及優勢，在附圖中類似參考數字指代類似部 分0 • 【實施方式】 呈現以下描述以便使熟習此項技術者能夠進行並使用本 發明。為說明之目的，在以下描述中闡述細節。應瞭解， 一般熟習此項技術者將認識到可在不使用此等特定細節之 情況下實踐本發明。在其他實例中，未詳細闡述熟知結構 及過程以便不會以不必要之細節而混淆本發明之描述。因 此，本發明並不意欲由所示之實施例限制，而與本文揭示 之原理及特徵最廣泛地一致。 圖2為用於實施本發明之例示性實施例之硬體的通用示 12012I.doc -10- 1332193 思圖。系統由參考數字3 Q她主_ 子〇總體表不。可將系統30近似分為 編碼區32及解碼區34。安詈於 女置於£32與區34之間的是資料處 置器36。資料處置器36之實例 員列了為資料儲存設備或通信通 道。 在編碼區32中，存在連接至資料封包化器40之編碼器 38。時變輸入信號x⑴在通過編石馬器⑽資料封包化器 之後被導引至資料處置器36。

在解碼區34中，㈣微類似之方式但以相反次序，存在 連接至資料解封包化_之解碼_。絲自資料處置器 36之資料饋送至資料解封包化器料，㈣料解封包化器又 將經解封包化之資料發送至解㈣42以便重建原始時變信 號X⑴。 圖3為說明在圖2中所示之系統3〇之編碼區32中涉及的處 理之步驟的流程圖。在以下描述中，結合圖4至圖14參看 圖3 〇 在圖3之步驟81中，首先（例如）經由脈衝編碼調變 過程對時變信號X⑴進行取樣。*χ(η)表示信^⑴之離散 型^在圖4中’僅展示連續信號x(t)。為了清楚起見以便 不混淆圖4 ’未展示x(n)之離散脈衝的多樣性。 在此說明書及所附中請專利範圍中，除非在適當處特別 指定，否則術語"信號"係經廣泛解釋的。因此，術語"信 號”包括連續信號及離散信號，且進一步包括頻域信號^ 時域信號。此外，在下文中，小寫符號表示時域信號且大 寫符號表示經頻率變換之信號。將在後續描述中引入剩餘 120121.doc 11 1332193 記號。 進展至步驟S2中，將經取樣之信號以幻分割為複數個訊 框。如圖4中所示，此訊框之一者由參考數字46表示。在 例不性實施例中，訊框46之持續時間選擇為1秒。 選定訊框46内之時變信號在圖4令標為s(t)。在圖5中強 @並複製連續信號s(t)。請注意，圖5中所示之信號區段 s(t)與如圖4中所說明之同一信號區段s⑴相比具有大大延 長的時間標度。亦即，與圖4之相應χ軸標度相比，圖5中 之X軸之時間標度顯著地拉開。相反情況適用於y軸。 k號s(t)之離散型式由s(n)表示，其中係取樣數目之 索引之整數。X，為了清楚以便不混清圖，在圖5中展示 僅少許S(n)樣本。時間連續信號3⑴藉由以下代數表達式而、 與離散信號s(n)相關： s(t) = s(nT) Ο) 其中τ為如圖5中所示之取樣週期。 進^至圖3之步驟S3,經取樣之信號s⑻經歷頻率變換。 在此實施例中’使用離散餘弦變換（dct)方法。然而，亦 可使用諸如在此項技術中眾所周知的各種類型之正交非 正交及依賴於信號之變換的其他類型之變換。下文中，在 此說明書及所附申請專利銘阁山 寻和斯圍中’互換地使用術語"頻率 變換"及"頻域變換"。類彳 似地，互換地使用"時間變換”及 "時域變換”。算術上，離％户& 離放k娩s(n)經由DCT過程自時域 至頻域之變換可表達如下. 120121.doc 12 (2)1332193 其中s(n)如上所定義，f為離散頻率（其中OS/S#)，τ為s(n) 之N個脈衝的N個經變換之值的線性陣列，且係數c由 c(0) = Vj7^給定，當 時，c(f) = ^2/N 〇 在時域參數s(n)之DCT後，所得頻域參數T(f)於圖6中圖 解展示且藉由參考數字51指定。在此實施例中頻域變換

T(f)之N個脈衝樣本稱為DCT係數。又，在圖6中展示僅少 許DCT係數。 進入圖3之步驟S4，將DCT變換T(f)之N個DCT係數分組 且其後使其擬合於複數個子頻帶窗。子頻帶窗之相對配置 展示於圖11中。諸如子頻帶窗5〇之每一子頻帶窗表示為可 變大】之® »在例示性實施例中，高斯分佈用以表示子頻 帶如所說明，子頻帶窗之中心係非線性間隔的。相反

®係根據巴克標度（Bark scale)(亦即根據人類感知之 某，已知特徵而實*之標度）而分離。特定言之，在低頻 率端處之子頻帶窗比在高頻率端處之子頻帶窗窄。此配置 係基於以下發現：與在高端音訊頻譜處之較寬頻率範圍相 _ & m統之感覺生理更適合在低端處 頻率範圍。請注意，分 較乍 舉例而言，子頻帶二子頻帶之其他方法亦㈣用的。 帶，、有相等頻寬並被相等地間隔，而# 在選擇子頻帶=所描述之巴克標度而分組。 之 間應存在平衡卩 中’在複雜性與信號品質 於p ’若需要經編碼信號之較高品質， 120121.doc -13- 1332193 則僅在以更多封包化眘 , ^剩餘信號之進一步的更複 雜處理（兩者將在稍後解 )為代^貝之情況下’可選摆争客 的子頻帶。另-方面，為簡單起見 ^擇更夕 间平咚見可選擇較少數目之子 ,，但可產生具有相對較低品質的經編碼信號。此外， 可視取樣頻率而定來選擇子頻帶之數目。舉例而言，當取 樣頻率為16 〇〇〇 1{2時，可 田 將M選擇為1 5。在例示性實施例

，將取樣頻率選擇為8,000 Hz且將M設定為13(亦即’ M =13)。 如圖11中所不且如上所述，纟分離關DCT係數且使其 擬β於呈Μ個重豐尚斯窗之形式的M個子頻帶後，需要進 一步處理每一子頻帶中之經分離的DCT係數。編碼過程現 進入圖3之步驟S5至步驟S16e在此實施例中，步驟S5至步 驟S16中之每一者包括並行處理子步驟之m個集合。亦 即，大致同時執行子步騾之M個集合的處理。下文中，為 '月楚及簡明起見，僅描述涉及用於處理第k個子頻帶之子 步驟S5k至S16k的集合。請注意，其他子頻帶集合之處理 大體上係類似的。 在實施例之以下描述中，M=13且KkSM，其中k為整 數。另外，分類於第k個子頻帶中之DCT係數由Tk(f)表 示’ Tk(f)為頻域項。第k個子頻帶Tk(f)中之DCT係數具有 其表達為sk(n)之時域對應物。 此時’有助於進行離題以定義並區分各種頻域及時域 項。 第k子頻帶中之時域信號sk(n)可藉由其對應之頻率對應 120121 .doc -14- 1332193 物几⑴之反離散餘弦變換（i]Dct)而獲得。算術上其表達 如下： 〜⑻=么⑺7； (/) c〇s ~^2n+-llL·

/=〇 2N (3) 其中Sk(n)及Tk(f)係如上所定義。又，f為離散頻率，其中 os/α，且係數c由c(0)=7i7^給定，當時， c(f) = y/2/N 〇 將論述自頻域切換至時域，第k子頻帶中之時域信號 Μη)基本上包含兩部分，即，時域希伯特包絡以”)及希^ 特載波Ck(n)。時域希伯特包絡i⑹在圖7中圖解展示。然 而又為了 /月楚在圖7中未展示希伯特包絡K”)之離散分 量，而是標記信號包絡且如藉由參考數字S2而對其進行表 不。寬鬆地規定’在希伯特包絡下面為有時被稱為激 勵之載波信號。去掉希伯特包絡⑽），冑波信號或希伯特 載波ck(n)在圖8中展示。換言之，以如圖7中展示之希伯特 包絡A⑻調變如圖8中展示之希伯特載波Ck(n)將產生如圖7 中所不之第k子頻帶中的時域信號Sk(n)。代數上，其可表 達如下：

Si in) = Si («) Ck («) (4) 因此，若已知時域希伯特包絡砂)及希伯特載波“(η)， 則可自等式（4)重建子頻帶巾之時域信號Sk(n卜經重建 之信號近似於無損耗重建之信號。 120121.doc 1332193 亦自圖7及圖9可見時域信號Sk(n)與其頻域對應物Tk(f)之 間的圖解關係。在圖7中，時域信號Sk(n)經展示並亦藉由 參考數字54表示。圖9說明圖7之時域信號Sk(n)之頻域變換

Tk(f)»參數Tk(f)亦藉由參考數字28指定。頻域變換丁k(f)可 經由（例如）如較早所述之DCT而自時域信號Sk(n)產生。 現返回圖3，子步驟S5k及S6k基本上關於在子頻帶让中判 定希伯特包絡&⑻及希伯特載波4(11)。具體言之，子步驟 k及S6k處理估鼻希伯特包絡〜(„)，且子步驟gw至 與計算希伯特載波Ck(n)相關。如上所述，一旦已知兩個參 數5*⑻及ck(n)，則可根據等式（4)重建第让子頻帶中之時域 信號sk(n) 〇 亦如較早所述，第k子頻帶中之時域項希伯特包絡5；⑻可 來源於對應的頻域參數Tk(f)。然而，在子步驟中替 代於使用參數Tk(f)之精確變換之iDCT過程，將參數Tk(f) 之頻域線性預測（FDLP)過程用於例示性實施例中。由 FDLP過程產生之資料可為更加流線化的，且因此更適用 於傳輸或儲存。 在以下&落中，簡要描述FDLP過程，且隨後進行更詳 細的解釋。 簡要規定’在FDLP過程中，估計希伯特包絡？>)之頻域 對應物’該估計之對應物在代數上表達為巧⑺且在圖9中 展示且標記為56。請注意，由於參數ζ⑺為基本上剝奪任 何載波資訊之希伯特包絡；(奴頻率變換，故參數g⑺朝 向基頻而頻率移位1而，意欲編碼之信號為具有載波資 120121.doc 16 1332193 =Sk(n)。參數㈣之精確（亦#，非估計）頻域對應物為 k(f)，其亦在圖9中展示且標記為28。如 中亦將進-步描述，由於參數_近似值中:= 近似值Γ*(/)與實際值Tk(f)之間的差，該差表達為Ck⑴。參 . 數匕⑺稱為頻域希伯特載波，且有時亦稱為剩餘值。 下文中，描述FDLP過程及估計參數匕⑺之進一步細 ΛΛ- 即 ° • 在FDLP過程中，可使用列文遜-杜賓aevinson-Durbi" 凟真法。算術上，待由列文遜_杜賓演算法估計之參數可 表達如下： //(,) = _]—— 1=0 (5) 其中H(z)為z域中之轉移函數；2為2域中之複變數；&(丨）為 近似希伯特包絡之頻域對應物f〆/)的全極點模型之第i 鲁個係數；i = 〇,…，KM。 在 Prentice Hall 出版之 ISBN 為 0137549202 之由 Alan V. Oppenheim、R0nald W· Schafer、John R. Buck編著的標題 為 Discrete-Time Signal Processing"(第 2版）之出版物中可 找到z域中的z變換之基本原理，且此處不進行進一步詳細 闡述。 在等式（5)中，可基於訊框46(圖4)之長度選擇K值。在例 不性實施例中’將K選擇為20，其中訊框46之持續時間設 定為1秒。 120121.doc 17 1332193 ' 本質上，在如由等式（5)例示之FI>LP過程中，在第k個子 頻帶中之頻域變換Tk(f)之DCT係數經由列文遜_杜賓演算 法處理，從而產生係數a⑴（其中（KkjC-D之集合。係數吣) 之集合表示時域希伯特包絡？；(《)(圖7)之頻率對應物$⑺（圖 9)。在圖12辛圖解展示FDLP過程。

列文遜-杜賓演算法在此項技術中係眾所周知的且在此 處亦不加以解釋。在Prentice Hall於1978年9月出版2ISBN φ 為 0132136031 的由 Rabine1^ Schafer編著之標題為，，Digital

Processing 〇f Speech Signals"之出版物中可找到演算法之 基本原理》 進展至圖3中之子步驟S6k，量化所得之係數a(i)。亦 即，對於每一值a(i)而言，自碼薄（未圖示）識別緊密擬合以 達成近似值。過程稱為有損耗近似。在量化期間，可量化 a(i)(其中1=〇至1=^-1)之整個向量，或者可獨立分段並量化 全部向量。又，經由碼薄映射之量化過程亦係眾所周知的 ，且並不需要進一步詳細閣述。 FDLP過程之結果為參數g(/)，其如上所述為在頻域項中 表達之希伯特包絡。參數$⑺在圖9中藉由參考數字％ 識別。參數⑺之經量化之係數a⑴亦可圖表表示地顯示 於圊9中’其中存在於參數加）“之包絡上之其兩者標記 為6 1及63❶ ’ 一參數加之經量化之係數3⑴（其中i=〇至κι)將為發送至 資料處置器36(圖2)之經編碼資訊的部分。 如上所述及此處所重複，由於參數g⑺為原始參數^⑴ 120121.doc •18- UJ2193 - 之有損耗近似，故兩個參數之間的差可被俘獲並表示為剩 餘值其代數上表達為ck(f)。在子步驟S5k及S6k中，經由 如上所述之列文遜-杜賓演算法不同地放入擬合過程以達 . A王極點模型’不可俘獲關於原始信號之某些資訊。若意 ' 广獲知冋°。質之抬號編碼，亦即’若需要無損耗編碼，則 / 需要料剩餘紅k⑴。㈣值ck齡本對綠信號Sk⑷之 載波頻率4(11)之頻率分量且將進一步得以解釋。 • 〜進展至圖3之子步驟Uk，此子步驟與達成希伯特包絡 〜(》)相關，該包絡可藉由執行其頻率對應物$⑺之時域變 換而簡單地獲得。 頻域中表達為ck(f)或時域中表達為〜(11)之剩餘值之估計 在圖3之子步驟S8k中執行。在此實施例中，時域剩餘值 2(n)藉由原始時域子頻帶信號Μη)之希伯特包絡&⑻而簡 單地來源於原始時域子頻帶信號4(η)之直接劃分。算術 上’其表達如下： _ ck(») = sk(n)/sk(n) (6) 其中所有參數係如上所定義。 清注意’等式（6)係展示為估計剩餘值之直接方法。其 他方法亦可用於估計。舉例而言，頻域剩餘值Q⑴可非常 良好地產生自參數Tk⑴與g⑺之間的差。其後，時域剩餘 值ck(n)可藉由值ck(f)之直接時域變換而獲得。 在圖3中，子步驟S9k及SI lk朝向基頻頻率處理向下移位 希伯特載波ck(n)。詳言之，子步驟S9k及sl〇k與產生解析 *20121^0, 1332193 信號zk⑴相關。頻率向下移位經由子步驟snk中之外差過 程而執行。子步驟S12k&sl3k描繪選擇性選擇向下移位載 波Ck(n)之值的方法。 /考現返回圖3之子步驟S9k。如在此項技術中眾所周 知，將時域信號轉換為複解析信號消除了傅立葉變換中之 負頻率分量。因此’實質上可簡化其後執行之信號計算及 信號分析。如在此情況下，將同一處理施加至時域剩餘值 ck(n) 〇 為產生時域信號4(11)之解析信號Zk(n)，如圖3之步驟s9k 中所示，需要執行信號Ck(n)之希伯特變換。信號Ck(n)之希 伯特變換藉由符號ek(n)表示可由以下代數表達式產生： :⑻=丄 n η-η ⑺ $中所有參數係如上所定義。等式（7)基本上為時域中之通 常已知的希伯特變換等式。 在希伯特變換後，如圖3之步驟sl〇k中所示，解析信號 zk(n)簡單地為時域信號Ck⑴與希伯特變換信號心⑴之虛數 部分之和》算術上，其表達如下： Λ zk(n) = ck{n) + jck(n) (8) 其中j為虛數。 在導出解析信號後，如圖3中之子步驟SUk中所示，執 行外差過程。本質上’外差簡單地為兩個參數（亦即，解 120121.doc •20· 析信號Zk⑻及希伯待載波q⑻)之純量乘法。所得㈣當 稱為經向下取樣之希伯特載波dk(n)e作為_替代^ dk⑷可被稱為經解調變、經向下取樣之希伯特裁波，其:基 本上為原始希伯特裁波〜⑻朝向零值或基頻頻率之頻率: …。喊。凊注意，參數dk⑻之其他術語亦為 適用的。此等術語包括經解喟變 ‘"、 匕祜厶解調變、經向下移位之希伯 波，或簡稱為經解調變之希伯特载波、經向下移位之希伯 特載波或經向下取樣之希伯特載波。此外，術語”㈣t 有時可被省略且被簡稱為"載波"而替代術語,，希伯特載波" 來使用。在此說明書及所阳由主宙*, » 乃讶及所附申晴專利範圍中，如上所述之 所有此等術語互換使用。 算術上，經解調轡夕卢躲 菱之仏唬、經向下取樣之希伯特載波 dk(n)來源於以下等式： ⑺ 其中所有術語係如以上所定義；r為向下取樣速率。 藉由向下移位參數Gk(n)之頻率以達成參數dk⑻，實質上 可使得諸如下文描述之诘、、念 慮波及义限之每一子頻帶中的希伯 特載波之處理更容易。且體士 卜 八遐5之’不需要預先判定或已知 母一子頻帶中之希伯特載浊 , 符戰皮之偏移頻率。舉例而言，在濾 波/秀真法之實施中，所右早相选 有子頻帶可假定一偏移頻率（亦 即’基頻頻率）β 在頻率向下移位之過程德 牲设如圖3之子步驟S12k中所 120121.doc 21 1332193 不，經向下取樣之希伯特載波dk(n)接著通過低通濾波器。 請注意，經解調變之載波dk(n)為複合及解析的。同樣， 參數dk(n)之傅立葉變換係非共軛對稱的。用短語不同地表 達，外差解析仏號Zk(n)之過程本質上朝向基頻頻率而將希 ' 伯特載波Ck(n)之頻率移位為dk(n) ’但無負頻率中之共軛對 稱項。如自圖10中之經向下移位之載波心(11)之頻域變換 Dk(f)可見，其中參數Dk(f)靠近藉由參考數字6〇表示之原 • 點而移位。將經向下移位之載波4(11)頻率變換為頻域對應 物Dk(f)之過程在圖3之步驟S 13k中描繪。 進入圖3之步驟S14k，經解調變之希伯特載波4(11)之頻 域變換Dk(f)經受臨限值濾波。藉由參考數字62表示之例示 性6¾限值線在圖1〇中展示。 在此例示性實施例中’動態施加臨限值。亦即，對於每 一子頻帶而言，臨限值62可基於其他參數（諸如，參數 Dk(f)之樣本之平均量值及最大量值及/或僅參數仏⑺之鄰 ©接子頻帶的相同參數）而進行調整。另外，參數亦可包括 參數Dk(f)之樣本之平均量值及最大量值及/或僅參數以⑴ 之相鄰時間訊框之相同參數。此外，臨限值亦可基於所選 擇係數之數目而動態調適。在例示性實施例中，選擇僅在 臨限值線62上方之頻域變換Dk(f)之值。 其後，量化大於臨限值之參數Dk(f)之所選擇分量。在此 實例中，每一所選擇分量包括一量值值bm⑴及一相位值 bP(i)，其中hkL-i。經量化之值bm⑴及、⑴表示為如在圖 3中之子步驟SI 5k中展示之經量化的值。 120121.doc -22. 中經广值遽波之參數〜⑺之經量化之值bm⑴及bp 為^至同經量化的係數a⑴（其中㈣至κι)_起將 所述待發送至資料處置器36(圖2)之經編碼資訊的另 一部分。 -考現返回圖在如上所述自個子頻 广⑴、⑽及bp⑴之希伯特包絡⑽及希伯特載波^ 後’經由如步驟_中所示之熵編碼機制編碼所得資 訊0 其後，如圖3之步驟S17中所示，串聯並封包化來自職 子頻帶中之每-者之所有資料。視需要，在封包化過程中 可實施在此項技術中眾所周知之各種演算法，包括資料麼 縮及加密。此後，如圖3之步驟S18中所示，可將經封包化 之資料發送至資料處置器36(圖2)。 可自資料處置器36擷取資料以便解碼並重建。參看圖 2，在解碼期間，將來自資料處置器36之經封包化之資料 發送至解封包化器44且接著使資料經歷由解碼器42執行之 解碼過程。解碼過程實質上為如上所述之編碼過程的反 轉。為清楚起見’不詳細闡述解碼過程但在圖15之流程圖 中對其進行概述。 在傳輸期間，若Μ個頻率子頻帶之少數幾個中的資料被 破壞’則不應較大影響經重建之信號的品質。此係因為相 對較長的訊框46(圖4)可俘獲足夠的頻譜資訊以補償次要資 料不完全。 經解調變之希伯特載波dk(t)之例示性重建的頻域變換 120121.doc • 23-

Dk(f)分別在圖13及圖14中展示。 及圊17為分別說明圖2之編碼區32及解碼區34之例 示性硬體實施的示意圖。 >考首先係針對圖〗6之編碼區32。可以各種形式來建置 或合：編碼區32 ’諸如(僅列舉少許實例)電腦、行動音樂 播放器、個人數位助理（PDA)、無線電話等。 編瑪區32包含-巾央資料匯制70,該匯㈣將若干電 路鏈接在-起。該等電路包括—巾央處理單元（αυ)或控 制器72、一輪入緩衝器74及一記憶體單元冗。在此實施例 中，亦包括一傳輪電路76。 右’爲I區32為無線⑦備之部分，則傳輸電路％可連接至 射頻（RF)電路但在此圖中未圖示。傳輸電路％在將來自資 料匯流排70之資料發送出電路區32之前處理並緩衝該資 料。cpu/控制器72執行資料匯流排7()之資料管理功能且進 一步執行-般資料處理功能，包括執行記憶體單^之指 令内容。 作為替代，傳輸電路 替代於如圖12中所示被獨立安置 76可為CPU/控制器72之部分。 輸入緩衝器74可連接至其他設備(未圖示），諸如麥克風 或記錄器之輸出。 記憶體單元78包括大體由參考數字”表示之電腦可讀指 令集合。在此說明書及所附申請專利範圍中可互換地使 用術語"電腦可讀指令"及"電腦可讀程式碼"。 中，指令包括諸如DCT函數80、開窗函數^ 在此實施例 、FDLP函數 120121.doc -24- 卜差函數88、希伯特變換函數⑽、濾波函數μ、向下 :函㈣、動態定限函數96、4化器函數 數咖及封包化器102的部分。 函 描述中已描述各種功 如上文所述之編碼區 34 ° (例如）在圖3中所示之編碼過程之 月匕，故不進一步重複。 參考現針對圖17之解碼區34。又， 32，可以各種形式建置或合倂解碼區 解碼區34亦具有一十央匯流排19〇，該匯流排將各種電 連接在起，諸如CPU/控制器192、輸出緩衝器196及記 憶體單元m。此外，亦可包括一接收電路194。又，若解 碼區34為無線設備之部分，則接收電路可連接至射頻 電路（未圖不）。接收電路194在將來自資料匯流排之資 料發送至電路區34之前處理並缓衝該資料。作為替代，接 收，路194可為CPU/控制器】92之部分，而並非如圖示為獨 立女置。CPU/控制器192執行資料匯流排〗90之資料管理功 能且進一步執行一般資料處理功能，包括執行記憶體單元 197之指令内容。 輸出緩衝器196可連接至其他設備（未圖示），諸如揚聲 器或放大器之輸入。 S己憶體單元197包括大體由參考數字199表示之指令集 合。在此實施例中，指令包括諸如解封包化器函數198、 烟解碼器函數200、反量化器函數2〇2、向上取樣函數 2〇4、希伯特反變換函數206、反外差函數2〇8、dct函數 21〇、合成函數212及IDCT函數2 14之部分。 120121.doc •25· (例如）在圖15中展示之解碼過程之描述中已描述各種功 能，且此外不需要進一步重複其。 清庄意，在圖16及圖17中分別獨立地展示編碼區32及解 碼區34。在某些應用中，兩個區32及34經常實施在一起。 舉例而言，在諸如電話之通信設備中，需要安裝編碼區32 及解碼區34兩者。同樣，在區之間通常可共用某些電路或 單兀。舉例而言，圖16之編碼區32中的cpu/控制器72可與 圖17之解碼區34中的cpu/控制器192相同。同樣，圖“中 之中央資料匯流排70可連接至圖17中之中央資料匯流排 190或與其相同。此外，分別用於編碼區32及解碼區“中 之功能之所有指令77及199可彙集在一起且安置於一類似 於圖16之記憶體單元78或圖17之記憶體單元197的記憶體 單元中。 在此實施例中’記憶體單元78或1 97係RAM(隨機存取記 憶體）電路。例示性指令部分80、84、％、88、90、92、 94、96、98、100、1〇2、197、198、200、202、204、 206、208、210、212及214係軟體常式或模組。記憶體單 元78或197可連接至可為揮發型或非揮發型之另一記憶體 電路（未圖示）。作為替代，記憶體單元78或197可由其他電 路類型製成’諸如EEPROM(電可擦可程式唯讀記憶體）、 EPROM(電可程式唯讀記憶體）、R〇M(唯讀記憶體）、磁 碟、光碟及此項技術中眾所周知之其他者。 此外’記憶體單元78或197可為特殊應用積體電路 (ASIC)。亦即，功能之指令或程式碼77及199可為硬連線 120121.doc -26· 1332193 的或由硬體來設施，或其組合。另外，該等功能之指令77 及199不需要明顯地分為硬體或軟體實施。指令77及199可 作為軟體與硬體之組合穩定地實施於一設備中。

請進—步注意，如上文圖3及圖15中描述且展示之編碼 及解碼過程亦可編碼為執行於此項技術中已知之任何電腦 可讀媒體上的電腦可讀指令或程式碼。在此說明書及所附 申請專利範圍中，術語"電腦可讀媒體"指代參與將指令提 供至任何處理器（諸如分別於圖16或圖17中展示並描述的 CPU/控制器72或192)以便執行的任何媒體。此媒體可為儲 存器類型或可採用如先前亦（例如）分別在圖16及圖17中之 記憶體單元78及197之描述中描述之揮發性或非揮發性儲 存媒體的形式《此媒體亦可為傳輸類型且可包括同軸電 窥、銅線、総’ A載運能夠載運可由機器或電腦讀取之 仏號的聲波、電磁波或光波的空氣介面。在此說明書及所 附申請專利範圍中，除非特別朗，Μ信號載運波總稱 為包括光波、電磁波及聲波之中波。 最終，在本發明之範嘴内的其他改變係可能^在如所 描述之例示性實施例巾，僅描繪音訊信號之處理'然而， 請注意’本發明並不限於此。諸如超音信號之其他類型信 號之處理錢可能的。亦請注意，本發明可非常良好地用 編碼器之信號發送至複數 示性實施例不需要限制於 知有線電話當然可安裝有 器。另外，在描述實施例 於廣播設定中’亦即可將來自一 個解碼器。此外，如所描述之例 用於無線應用中。舉例而言，習 如所描述之例示性編碼器及解碼 120l21.doc •27, 1332193 ' 之過程中，使用列文遜-杜賓演算法，亦可使用用於估計 預測濾波器參數之此項技術中已知的其他演算法。另外， 結合實施例而描述的任何邏輯區塊、電路及演算法步驟可 實施於硬體、軟體、韌體或其組合中。熟習此項技術者將 瞭解，在不脫離本發明之範疇及精神的情況下，可對本發 • 明進行形式及細節之此等及其他改變。 【圖式簡單說明】 鲁圖1展示取樣為離散信號之時變信號之圖形表示； 圖2為展不本發明之例示性實施例之硬體實施的通用示 意圖； 圖3為說明在例示性實施例之編碼過程中涉及的步驟之 流程圖； 圖4為分割為複數個訊框之時變信號之圖形表示； 圖5為圖4之時變信號之一區段之圖形表示； 圖6為圖5中展示之信號之頻率變換； • -圖7為圖5中展示之時變信號的一子頻帶信號之圖形表 示，亦展示該子頻帶信號之包絡部分； 圖8為圖7之子頻帶信號之載波部分的圖形表示； 圖9為圖7之子頻帶信號之頻域變換的圖形表示，亦展示 頻域變換之估計的全極點模型； 圖10為圖8之經向下移位之頻域變換之圖形表示； 圖11為用於分類複數個子頻帶之經變換資料之複數個重 疊向斯窗的圖形表示； 圖12為展示頻域線性預測過程之圖形表示； 120121.doc -28- 1332193 圖13為圖10之頻域變換之重建型式的圖形表示； 圖14為圖8之載波部分信號之重建型式的圖形表示； 圖1 5為說明在例示性實施例之解碼過程中涉及的步驟之 流程圖； 圖16為根據例示性實施例之編碼器之電路的一 „ 〇丨刀之示 圈:7為根據例示性實施例之解，器之電路的一部分之示 【主要元件符號說明】 20 脈衝/PCM樣本 22 訊框/時窗 22A PCM脈衝群 22B PCM脈衝群 22C PCM脈衝群 28 參數Tk(f) 30 糸統 32 編碼區/電路區 34 解碼區/電路區 36 資料處置器 38 編碼器 40 資料封包化器 42 解碼器 44 資料解封包化器 46 訊框 120121.doc •29· 1332193 50 子頻帶窗 51 頻域參數T(f) 52 信號包絡 54 時域信號81{(11) 56 估計之對應物/參數ζ(/) 60 原點 61 經量化之係數a(i) 62 例示性臨限值線

63 經量化之係數a(i) 70 中央資料匯流排 72 中央處理單元（CPU)/控制器 74 輸入緩衝器 76 傳輸電路 77 電腦可讀指令集合/指令或程式碼 78 記憶體單元

80 DCT函數 84 開窗函數 86 FDLP函數 88 外差函數 90 希伯特變換函數 92 濾波函數 94 向下取樣函數 96 動態定限函數 98 量化器函數 120121.doc •30- 1332193 100 熵編碼函數 102 封包化器 190 中央匯流排/資料匯流排 192 中央處理單元（CPU)/控制器 194 接收電路 196 輸出緩衝器 197 記憶體單元 198 解封包化器函數

199 指令集合/指令或程式碼 200 熵解碼器函數 202 反量化器函數 204 向上取樣函數 206 希伯特反變換函數 208 反外差函數 210 DCT函數

212 合成函數 214 IDCT 函數 120121.doc -31 -

Claims (1)

1332193 第096112540號專利申請案 ------ _文申請專利範圍替換本(99年4月） 推曰修正替換頁 十、申請專利範圍： ~--- 1 · 一種用於編碼一時變信號之方法，其包含： 將該時變信號分割為複數個子頻帶信號； 判定該等子頻帶信號中之每一者之包絡及載波部分； 朝向該時變信號之基頻頻率而將該載波部分頻率移位 為一經向下移位之載波信號； 選擇性選擇該經向下移位之載波信號之值；及

將該等經選擇之值包括為該時變信號的經編碼之資 2.如請求項1之方法，其進一步句仝右绝义 二 /匕3在編碼之前將該時變 信號轉換為一離散信號。 3·如凊求们之方法’其進—步包含將該時變信號變換為 頻域受換，其中該複數個子頻帶信號係選自該時變信 號之該頻域變換。

月长項3之方法，其中该包絡部分及該載波部分為頻 域信號，該方法進一步包含在朝向該基頻頻率而頻率移 位載波部分之前將該等頻域信號之該載波部分變換為 一時域變換。 5_ 一種用於解碼一時變信號之方法，其包含： 提供對應於該時變信號之複數個子頻帶的複數個值集 合’該等值集合包含該時變信號之包絡及載波資訊； 將來自該複數個值集合之該載波資訊識別為對應於該 複數個子頻帶之複數個載波信號； 遠離該時變信號之基頻頻率而將該複數個載波信號中 120121-990430.doc J332193 ~ I 月，修正替換頁 的每一者頻率移位為一經向上移位之載波信號；及 將該經向上移位之載波信號包括為該時變信號之經解 碼之資料。 6. 如請求項5之方法，其進一步包含將該複數個載波信號 中之每一者反外差為一經向上移位之載波信號。 8. 7. 如請求項6之方法，其進一步包含將來自該複數個值集 口之忒包絡貧訊識別為對應於該複數個子頻帶的複數個 ι、’=么5虎，且其後藉由該複數個包絡信號而將該複數個 載波信號調變為該時變信號的一經重建型式。 一種用於編碼一時變信號之裝置，其包含： 用於將5亥時變信號分割為複數個子頻帶信號之構件； 用於判疋該等子頻帶信號中之每一者之包絡及載波部 分之構件； /朝向°亥日卞變信號之基頻頻帛而將該載波部分頻率 移位為一經向下移位之载波信號的構件； 、 用於選擇性選握 ^.R 、擇该經向下移位之載波信號之值之構 仔，及 用於將該等經選蔣 9. 資料之構件、選擇值包括為該時變信號的經編碼之 如請求項8之穿置 時變信號轉換i 、進一步包含用於在編碼之前將該 吳為一離散信號之構件。 10.如請求項8之裝置，复 換Λ —瓶a 乂 ’/、進一步包含用於將該時變信號變 撰為頻域變換 又 自該時變作妹、件’其中該複數個子頻帶信號係選 15唬之該頻域變換。 120121-990430.doc Φ4.月1日修正替換頁 U.如請求項10之裝置’其中該包絡部分及該載波部分為頻 域信號，該裝置進一步包含用於在朝向該基頻頻率而頻 率移位該載波部分之前將該等頻域信號之該載波部分變 換為一時域變換之構件。 12. —種用於解碼一時變信號之裝置，其包含： 用於提供對應於該時變信號之複數個子頻帶之複數個 值集合之構件，該等值集合包含該時變信號之包絡及載 波資訊； 用於將來自6玄複數個值集合之該載波資訊識別為對應 於該複數個子頻帶的複數個載波信號之構件； 。用於遠離δ玄時變娩之基頻頻率而將該複數個載波信 ^中勺每纟頻率移位為-經向上移位之載波信號之構 件；及 _用於將該經向上移位之載波信號包括為該時變信號之 經解碼之資料的構件。 項12之裝置’其進—步包含用於將該複數個載波 ;號中之每—者反外差為-經向上移位之餘信號之構 件0 Μ 項12之裝置，其進—步包含用於將來自該複數個 絡資訊識別為對應於該複數個子頻帶的複 ==號之構件，及用於藉由該複數個包絡信號而 構:數個载波信號調變為該時變信號的-經重建型式 其包含： 15. —種用於編碼一時變信號之裝置 I20121-990430.doc 編喝器，其經組態以將該時變信 頻可信號，判定該等子頻帶信號中的 波。卩分，朝向該時變信號之基頻頻率 率移位為一經向下移位之載波信號， 向下移位的載波信號之值；及 16. 資料封包化器，其連接至該編碼器用於將該等經選 擇值封包化為該時變信號之經編碼資料之部分。 如吻求項15之裝置，其進一步包含一傳輸電路，其連接 至。玄貝料封包化器用於經由一通信通道而發送該經編碼 之資料。 17. 一種用於解碼一時變信號之裝置，其包含： 一資料解封包化器’其經組態以：提供對應於該時變 信號之複數個子頻帶之複數個值集合，其中該等值集合 包含該時變信號之包絡及載波資訊；及進一步將來自該 複數個值集合之該包絡資訊及該載波資訊識別為對應於 該複數個子頻帶之複數個包絡及載波信號；遠離該時變 L號之基頻頻率而將該複數個載波信號中的每一者頻率 移位為一經向上移位之載波信號，及 一解碼器，其連接至該資料解封包化器，該解碼器經 組態以將該等值集合變換為時域值。 18. 號分割為複數個子 每一者之包絡及載 而將該載波部分頻 及選擇性選擇該經 一種電腦程式產品，其包含： 一電腦可讀媒體’其實體包含有電腦可讀程式碼，用 於： 將一時變信號分割為複數個子頻帶信號； 120121-990430.doc 1332193 判定該等子頻帶信號中之每一者之包絡及載波部分； 向該時變信號之基頻頻率而將該載波部分頻率移位 為一經向下移位之載波信號； 選擇性選擇該經向下移位之載波信號之值；及 將4等經選擇之值包括為該時變信號的經編碼之 料。 19.如請求項丨8之電腦程式產品

之前將該時變信號轉換為一 碼。 20·如請求項18之電腦程式產品，其進—步包含用於將該時 變信號變換為-頻域變換之電腦可讀程式碼，其中該複 數個子頻帶信號係選自該時變信號之該頻域變換。Μ 21. 如請求項20之電腦程式產品，其進—步包含用於在朝向 該基頻頻率而頻率移位該載波部分之前將該等頻域信號 之省載波部分變換為一時域變換之電腦可讀程式碼。

月，修 其進一步包含用於在編碼 離散信號之電腦可讀程式 22. —種電腦程式產品，其包含： 一電腦可讀媒體，其實體包含有電腦可讀程式碼，用 於： 提供對應於一時變信號之複數個子頻帶之複數個值集 合，忒等值集合包含該時變信號之包絡及載波資訊； 將來自該複數個值集合之該載波資訊識別為對應於該 複數個子頻帶之複數個載波信號； 遠離該時變信號之基頻頻率而將該複數個載波信號中 的每一者頻率移位為一經向上移位之載波信號；及 120121-990430.doc 1332193 爾月彳日修正替換頁 將該經向上移位之載波信號包括為該時變信號之經解 碼之資料。 23.如喷求項22之電腦產品，其進一步包含用於將該複數個 載波信號中之每—者反外差為一經向上移位之載波信號 之電腦可讀程式碼。 如吻求項22之電腦產品，其進一步包含用於將來自該複 數個值集合之該包絡資訊識別為對應於該複數個子頻帶 的禝數個包絡信號且其後藉由該複數個包絡信號而將該 複數個載波彳5號s周變為該時變信號的一經重建型式之電 腦可讀程式碼。 120121-990430.doc