TWI358056B - Systems, methods, and apparatus for frequency-doma - Google Patents

Description

!358056 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭示案係關於信號處理。 【先前技術】 原型波形編碼方案通常包括一原 m n ^ % w . 、準知作以支援一平 /月展開的波形。可將該對準計算為 τ 項1成頻域中之—糸而丨 交叉相關性。 T工糸列 【發明内容】 -對準兩個週期性語音波形之方 的複數個第-相移中之每一者進 J於在 該相移的複數個角中之每一者 ()估心

^ 二角函數；及（2) J 於、，坐估s十之三角函數，計算第 ,a 丁异弟及第二相關性度量。第一 相關性度量為⑷兩個週期性語音波形 第一沽开彡盘化、 移位了 5亥相移之 第波形與（Β)兩個週期性語音波形中 一相關性之产詈黎 U中之第二波形之間的 波形中移位了超出，範J()兩個週期性語音 週期性語音波形之第1波开，之：：之第一波形與⑼兩個 _ /皮开/之間的一相關性之度量。 料經準兩個週期性語音波形之裝置包括，估計 、隹卜〃於對於"'範圍内的複數個第-相移中之每-者 進打如下動作：任 ^, 寸基於該相移的複數個角中之每一者的 ^ 二角函數。兮驻 # δχ裝置亦包括計算構件，其用於對該複 數個第一相移令 母一者進行以下動作：（】）基於角之經估 之二角函教而計曾势，, 故 a / 7 ^第一相關性度量’該等角係基於該相 )基於角之經估計之三角函數而計算第二相關性度

S •I6837.doc 夏，該等角係基於該相蒋。结 „ .. ^ 多第一相關性度量為（A)兩個週 d性語音波形中移位了嗲 μ相移之第一波形與（B)兩個週期 性語音波形中之第二诘形* Ββ Λ g, .. ^ 波形之間的一相關性之度量。第二相 關性度量為（C)兩個週期性& 土 ^ α Λ『生°。音波形中移位了超出該範圍 之一相移之第一波形盘（D) a 〃（D)兩個週期性語音波形中之二 波形之間的一相關性之度量。 經組態以對準兩個週期,Η 哎期拴语音波形之另一裝置包括一三 角函數估計器，苴麯έ能 — /、，、，，，〜' 以對於一範圍内的複數個第一相 移中之每一者進行如下叙 相 •估計基於該相移的複數個角 中之每一者的至少_= m ^ —角函數。該裝置亦包括一計算器， 經組態以對該複數個笛 , ° 从·， 数個第—相移中之每-者進行如下動 作.（1)基於角之經估钟夕_ 旦 A 二角函數而計算第一相關性度 里’該等角係基於該相， _ 砂及（2)基於角之經估計之三 數而計算第二相關性声旦 一 •^里’ δ亥專角係基於該相移。第一 :關性度量為⑷兩個週期性語音波形中移位了該相移： 波形與⑻兩個週期性語音波形中之第二波形之間的 ::目：性之度量。第二相關性度量為(C)兩個週期性語音 波形中移位了超出該範 已图之相移之第一波形與（D)兩個 週期性語音波形中之坌^ ^ V ;啤個 心T之第二波形之間的一相關性之声旦 【實施方式】 又里。 最現行的語音編碼器 預測編碼（LPC)係數及 留部分佔用大量經編碼 減少編碼餘留部分所需 包括使一語音訊框分解為一組線性 —餘留部分之操作。由於蝙碼該餘 之指號流，因此已開發各種方案以 之位元率。 116837.doc 1358056 對於無聲語音段l & 留部分之全）’可以一隨機雜訊替代餘 户节鹿_王1 "。分。對於有聲語音段（諸如元音），餘留 k號顯示出向度週期性豆 ^其忍味至少一些樣本可被内插。

在:旦^用—諸如媽受激線性預測（celp)之編碼技術以 _里速率下編碼—有聲語音段可能無法保持週期性之 程度。 可用於在低位元率下㈣㈣輸有聲語音區段之編碼方 ”包括原型音高週期（ppp)編碼器及原型波形内插（PWI)編 =。此等編碼方案週期性地在餘留信號中定位具有一個 音高週期之長度的原型波形。在解碼器處，在原型之間若 干週期中内插餘留信號以獲取原始高週期性波形之 似。 通常週期性僅在強有聲區段期間為強的，使得對於強度 #义低的有聲或無聲語音才莫式而言可能甚至不存在音高週 "使用Ppp或pwi編碼器編碼一語音信號之所有區段 (匕括非週期性語音區段）可能產生較差的整體效果。一種 解决辦法為對有聲及無聲語音使用不同編碼方案。舉例而 吕，PPP或PWI方案可用於有聲區段且CELP方案可用於無 聲區段。可根據對語音信號中之週期性的量測來實行編碼 方案之間的切換’可使用零交叉或正規化自相關函數計算 該週期性。 另一解決辦法為將PWI方案擴展為波形内插（WI)方案。 在WI編竭方案中，將原型波形（現稱作代表波形或特徵波 形）分解為一平滑展開波形（SEW)及一快速展開波形 116837.doc 1358056 (REW)。SEW模型化與音高相關之分量而REW模型化變化 更快之分量》此兩個波形通f具有極其不同的感知要求且 可被單獨量化。

除非另有明確敍述，否則術語"原型，，及"原型波形"在本 文中用以包括任何週期性語音波形，諸如包括至少一緩慢 展開波形（SEW)之波形。可用於此等波形之其他術語為"特 徵波形"及"代表波形"，其有時用以指示可包括sew與 REW之波形。因此，應瞭解’明確構想及於此揭示了本文 中所描述之原理對PPP、PWI&WI編碼方案的應用。

圖1展示編碼一語音訊框之一餘留信號的方法Ml〇〇。一 訊框為—語音信號之區段’其足夠短而使得其長期頻譜特 徵相對穩定。一典型訊框長度為2〇毫秒。任務T1〇〇擷取該 訊框之音高延遲值（或"音高週期”)£。該操作亦稱作"音高 估計"。對於以8 kHz取樣之語音信號而言，該音高延遲值 通常在約20至約120之範圍内（分別對應於4〇〇 1^及67 Hz之 基頻）。 任務T100可包括判定餘留信號中具有最大絕對值之樣本 之間的平均距離。或者，任務T1 〇〇可經組態以判定會最大 化一訊框或窗之自相關的延遲，該窗諸如為候選音高週期 (例如，先前訊框之音高週期）兩倍大的窗。該自相關操作 之結果亦可用以支援對該訊框為有聲還是無聲進行判定。 在某些狀泥下（尤其對於WI編碼方案），任務T100可包括校 驗第Ζ72及L/3個樣本周圍的局部最大值以避免音高雙倍或 三倍增加》可能藉由對具有較高取樣率之信號（例如，對 116837.doc 1358056 以8 kHz至16 kHz重新取樣之信號）實行音高估計而減小音 高的雙倍或三倍增加。 任務T200自餘留訊框中擷取長度^之原型。任務T2〇〇通 常經組態以自訊框之最後的音高週期中擷取原型。可能需 要破保餘留信號之高能量區域不出現在原型的開始或結束 時’因為此種布局可能會導致鄰近原型之間的不連續性。 在一實例中’任務Τ200經組態以擷取原型以使得在原型開 始及結束時之能量之和得以最小化。在另一實例中，任務 Τ200經組態以擷取原型以使得自原型内具有最高量值（亦 即’主峰值）之樣本至該原型任一端的距離不小於一特定 數目之樣本（例如，六個）或ζ之一特定比例（例如，25%)。 亦"Τ肖b組態任務Τ200以在每個訊框中擷取一個以上原 型。在一 WI編碼方案中，例如，可能需要在每個訊框甲擷 取尚達八個或八個以上原型。在該種狀況下，可能亦需要 獲取更頻繁的音高估計。在某些狀況下，在每訊框中實行 音高擁取一次或兩次，且使用諸如線性内插（對於值相近 之音高值）及/或逐步内插（當鄰近音高值之間的差較大時） 之方法將額外音高值（例如，每訊框總共八個值）内插於被 擷取的音高值之間。 —經榻取之原型5通常在時域中表示成長度Z之序列 *51>]，其中樣本指數》6[〇，//_1]及1為音高週期。一原型亦 可在頻域中表示成週期z之—週期性信號。使用一離散傅 立葉級數（DFS)表示法，例如，原型J可表示成基頻丨/^之 »白波的和，每一諧波由各別頻譜對或dfs係數 y幻加

Il6837.doc -10- 權： 体君响cos(亨)澤]sinp—丫 Λ 4=0 ; I ζ 力。⑴ ,)表達式中，走為指示基頻之第Α:個諧波之指數，其中原 分中之咕波在自第零個諧波（女=〇，指示DC分量）及第一個 f波（々1，指不基頻）直至第j_z/2」個諧波（々=“/2」，指示原 里中基頻之最高諸波）的範圍中變動。在表達式（1)中，如 夺域表示法申，樣本指數”具有範圍丨）。然而， 表達式（1)之頻域表示法中，《不必為整數值，以使得表 達式（1)可用以在”之分數值下估計s。 方法Ml 〇〇包括計算一組DFS係數之任務丁3〇〇。舉例而 °任務T300可經組態以根據如下表達式計算DFS係數 aW ' b[k]： 〇[^\ = ζ[λ]^ j[wlc〇s

n'-° 1 z ^ (2a) »=。 、L J， (2b) 其中4〇]等於1/L ’ Z[L/2]等於1/邱為偶數），且明否則等 m。 .ftrt達式（1)中，係數紂〇]為冗餘的，因為對於， 為零。係數对〇]亦可被忽略，因為該係數表示原型 之DC分量，其在感觀上為不相關的。因此任務丁3⑼可經 組態以計算在範圍k几LZV2」]之DFS係數且表達式（1)可簡 116837.doc 丄妁8056 化為如下： ai«：Jcos

L 叩卞屋*1

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… (3) 窩要波形自一原型平滑展開至下一原型。為了支援原 之間的平滑内插，需要對準鄰近原。舉例而言，可能 要將當前訊框之原型與諸如先前訊框之原型的參考2 ，。該對準亦可支援原型之更有效的量化。對於該參考 型：通常需要使用一將可見於解碼器處之經解碼(例如 解量化）的原型。 ’可藉 一原型 又相關 可在時域中或在頻域中實行原型對準。在時域中 由識別時間移位？實行原型料，該時間移位產生 :循核旋轉式時間移位型式之另一原型之最大交 ：^axL/inVl(n + X)m〇dL] ::原型。接著可將經識別的移位，應用於 :χ兩個原型之特徵為時間對準的。在該實二 於备别原型移位參考原型，鈇 態以使得替代實例中該操作經 暂代地將時間移位：應用於當前原型。 在頻域”行原型對準1使得胁 而非按時間對準原型。舉例而t 不同長度原型之對準，因 尹可谷易完成3 時間翹曲以將：之二在實行該操作可能⑸ 1之長度迟配於另-原型的。亦可能肩 I16837.doc 丄⑽056 由在頻域中實行對準操作（尤其對於分數 複雜性的減少。 夕）而達成計算 在頻域中，可藉由識別相移〆實行對準操作， 生一原型與相移型式之另一原型之最大交又相關^:

岐j :argmax V m〇n+l [i] + b„ [k]bn+1 [k})c〇s\~^ (5) • (6"[咏”+, W、[紙+I [A])sin〔亨、 其中指示參考原型之抓“系數且〜+ 指=當前原型之DFS係數。對於在對準範圍内之广值二^

Hi值可為分數）重複該交又相關性以判定使原型之"^的 -之值最大之相移”。圖2展示可用以實行表達式(5)之計 异之偽碼列表的一實例。 itt 儘管頻域中之對準計算可產生優於時域中之該計算 在對於每一對待對準之原型，表達式（5)之估計 十算上精深且可在原型編碼系統中代表整體計算任務之 一顯著部分。 < 。、斤要相位取樣率在對準範圍吵内實行表達式（5) 之計算。或者，—PWI編碼器可經組態以應用-遞回方 案’其中以粗解析度但在整個對準範圍内實行第一系列之 移位。在每一遞回級’將所識別之移位提供為下一級的參 數，該參數讀精朴度但在包括所識狀移位之 準^内實行另-系列之移位。遞回在該等系列之移位以 备解析度π成時結束、然而，該方案可能不適合有聲語 U6837.doc

-13- S 音’因為局部相關最大值比全局相關最大值更有可能被發 現。 方法M100經組態以藉由一不同技術實行一有效對準， 儘管明確涵蓋及藉此揭示了亦包括該遞回之方法麵的 其他實施例。根據該技術之一類實施例，任務τ4〇〇計算原 型之間的-對準以使得為單一組經估計之餘弦及正弦值實 行兩個不同相移之交叉相關性^與由表達式（5)描述之操作 相比，可應用該技術以使一原型對準操作之三角函數估計 值之數目減少約一半。 任務Τ400經組態以使用每一組經估計之餘弦及正弦值計 算對準範圍0分<Ζ内兩個不同相移值r之原型交叉相關性 (可能除對應於〇4π弧度之角的集合以外對表達式（5)進 行如下變更，而開始對開發該技術進行一項闡述： (an [^K+1 m + b„ [Λ]όη+1 [A：])cos| argmax {x6{r,Z,-r}：〇s^/2j} 2τά〇ί、 (K [k]an+, [A] - [A；]6n+I [^])sini^ (6) 在表達式（6)中’使r及Z-r之相移的相關性配對。（應瞭 解’ 6亥配對等效於+r與·r之配對相移）。藉由應用如下三角 怪等式’可利用此等經配對相移之餘弦與正弦之間的關 係： cos(w-v) = coswcosv + sinMsinv， sin(w-v) = sinucosv-cosMsinv 0 (7a) (7b)

將此等恆等式與方程式2J5KL:r) =2nk L 2nkr Ύ 結合，且對 116837.doc • 14· 整數a： ，cos(27r^:)=l 且 sin(2TrA:)=0 可建立 cos 2nk(,L~rf ~~I~~, cos 2jjkr\ ~T), (8a) si r2^z^v_sin^ \ L ) 、 L J 〇 (8b) 結果（8a)及（8b)可用以變更表達式（6)如下。對於在估計 1已圍〇Srsl_L/2」内之每一 r值，相同餘弦及正弦值用以計算 如下兩個表達式（9A)及（9B)，且產生最大結果之表達式被 確定為： (α ”[坳„+1 ㈢ ，”+丨 _c〇S(亨) (9A) + (K Wan+] [A] - [k]bn+l [A:])sin^|

(«« [*]«n+, [k] + K [k]bn+, [^])cosi -{bn [k]an+x [k] - an [k]bn+} [^])sini^ψ\ V 力。 （9B) 右產生最大結果之表達式為表達式（9 A)中之一者，則广* 破指定為值r。若產生最大結果之表達式為表達式（9Β)中 之一者，則〆被指定為值-r »因此，可見對於表達式（9α_ Β)中之每一"值，該組經估計之餘弦及正弦值用以計算兩 個不同相移值之交叉相關性^=〇或卜1/2之狀況除外，其中 在表達式（9Α)及（9Β)中之相移值相等。）以此方式或類似方 式，任務Τ400經組態以在相移估計範圍〇skLz/2」内（對應 於r=0或fL/2之集合除外）使用每一組經估計之餘弦及正弦 116837.doc •15· 1358056 值來計异對準範圍内兩個不同相移值^之原型交叉相 關性。圖3展示-偽碼列表之_實例，該偽碼列表可由任 務T400之實施例用以實行表達式（9)之計算。 可能需要在對準前對原型實行頻譜加權。舉例而言，可 能需要使用LPC係數再儲存共振峰結構之某些，其^可能 採用共振峰頻率下一定之去加重。在一種此實施例中任

務T400經組態以將當前原型填零至長度2z'經組態以藉由 一具有零纪憶之加權LPC綜合型濾波器（例如，使用當前訊 框之最後子訊框的LPC係數）而遽波該信號，且經組=以藉 由將經濾波信號之第《個樣本添加至第（w+z)個樣本（〇9U) 而獲取長度L之感觀加權原型。

以上交叉相關性最大化表達式（4)、⑴、⑹及⑼假定原 型具有相等長度。在頻域中，不相等長度之兩個原型可藉 由按頻譜截取較長原型及/或藉由對較短原型填零而得以 正規化。在一 WI編碼方案中，一原型的長度可為另一原型 之長度的約兩倍或三倍（例如，由於音高增至兩倍或三 倍）。在該種狀況下，可藉由插入零振幅諧波而週期性2 擴展較短原型。任務T400可經組態以在原型對準前實行一 或多個此等長度正規化操作。 在以上表達式（5)、（6)及（9)中，應注意此等表達式均包 括，對於原型之每一諧波分量，基於原型之DFS係數，使 每一經估計之餘弦與相同因子相乘，且基於原型之1)1^係 數，使每一經估計之正弦與相同因子相乘。可藉由預先計 算此等因子且儲存該等因子（例如，因子&及^)可達成^十 116837.doc 1358056 算複雜性之進一步減少。以此方式，表達式（5)可簡化為如 下：

ιη\ arg max OSr<i i Inkr') „ . (Ιτύο-Λ Xk cos l L ) +y*sinU JJ (10) 圖4展示使用根據表達式（10)之簡化的原型對準任務之偽 碼列表的一實例。 同樣地’預先計算因子&及可用以簡化表達式（9a b) 如下： L#J「V (2咖、、，.（2淑 Σ, ^cos —r- Sin —— (11A)

“1 L \ L ) \ L

Xk cos 2nkr 丁‘ -^sin 2nkr ~L~ (11B) 圖5展示使用該簡化之任務T400實施例之偽碼列表的一 實例。 任務T500經組態以將對應於最大交叉相關性之相移應用 於當前原型。任務T5 00亦可經組態以對該對準的原型實行 一頻譜加權操作（例如，一知覺加權操作）。 任務T600經組態以量化原型（例如，用於有效傳輸及/或 儲存）。該量化可包括功率及形狀之單獨量化之原型的增 益正規化。另外或其他，該量化可包括將DFS係數分解為 振幅及相位向量以便單獨量化及/或子取樣。該正規化及/ 或分解操作可支援更多有效的向量量化，因為所得向量可 與語音信號之其他原型的此等向量更高度地相關。 116837.doc -17· 1358056 在方法Ml00之另一實施例中，任務T4〇〇經組態以對原 型之不同頻帶單獨實行原型對準，以使得可為不同頻帶之 每—者獲取一不同相移。在該種狀況下，任務Τ5〇〇可經組 態以將各個相移在對應頻帶内應用於原型之諧波分量且 任務Τ600可經組態以根據頻帶劃分而子取樣原型之相位向 量（例如，以使得為每一頻帶編碼一相位值）。 在一 WI編碼方案中，可將一濾波器組（例如，包括一高 通濾波器及一低通濾波器）應用於對準之原型以分離SEW 與REW以供進一步處理及/或單獨量化。

圖6展示操作（包括編碼模式選擇）之流程圖，其可由經组 態以處理用於傳輸之語音樣本之語音編碼器的一實例來實 打。在任務400中，該語音編碼器以連續訊框接收一語音 L號之數位樣本。在接收一指定訊框後，語音編碼器進入 任務402纟任務4〇2中，語音編碼器谓測訊框之能量。該 能量為訊框之語音活動的度量。藉由求和數位化語音樣本 振幅之平方且比較所得能量與—臨限值而實行語音债測。 任務402可以基於背景雜訊之變化程度而調適該臨 限值。—例示性可變臨限值語音活動㈣器在美國專利第 5:414,796號等人，於州年5月9曰頒予)中予以描 述…些無聲語音聲音可為極低能量之樣本，其可能被錯 誤地編碼為背景雜訊。& 了減少發生該誤差之可能性，低 能量樣本之頻譜傾斜（例如，第一反射係數）可用以區別益 聲語音與背景雜訊’如上述美國專利第號中所描 述0 116837.doc -18- 在偵測訊框之能量後’語音編碼器進入任務404 ^在任 務404中’語音編碼器判定所偵測之訊框能量是否足以將 訊框分類為含有語音之資m。若所偵測之訊框能量低於一 預疋臨限值位準，則語音編碼器進入任務4〇6。在任務4〇6 中，語音編碼器將訊框編碼為背景雜訊（亦即，無聲）。在 ’’且先、中，以1/8速率或i kbps編碼背景雜訊訊框。若在任 務04中’所彳貞測之訊框能量滿足或超過預定臨限值位 準則將訊框分類為語音且語音編碼器進入任務408。 在任務408中，語音編碼器判定訊框是否為無聲語音。 舉例而s，任務408可經組態以檢查訊框之週期性。週期 陡判足之各種已知方法包括，例如，使用零交叉及使用正 規化自相關函數（NACF)。特定言之，使用零交叉及NACF 以偵測週期性在美國專利第5,91ΐ9ΐ28號（DeJa⑶於i999 年6月8日頒予）及第6,691，〇84號（Manjunath等人，於2〇〇4年 2月10曰頒予）中予以描述。另外，用以區別有聲語音與無 i "吾音之以上方法併入Telec〇mmunicati〇n化心”

Association Interim Standards TIA/EIA IS-127及 ΤΙΑ/ΕΙΛ IS-733中。若在任務4〇8中判定訊框為無聲語音，則語音 編碼器進入任務4】〇。在任務410中，語音編碼器將該訊框 編碼為無聲語音。在一組態中，以四分之—速率或2,6 kbps編碼無聲語音訊框。若在任務4〇8中判定訊框並非為 無聲語音，則語音編碼器進入任務412。 在任務412中’語音編碼器判定該訊框是否為過渡語 音。任務412可經組態以使用此項技術（例如，在美國專利

116837.doc -19· 1358056 第5,911，128號t所描述）中已知之週期性㈣方法。若判 定訊框為過渡語音，則語音編碼器進入任務414。在任務 414中’將訊框編碼為過渡語音（亦即，自無聲語音過渡至 有聲語音）。在-組態中，根據在美國專利第WO·號 (Das等人’於20(Η年7月1〇日頒予）中所描述之多脈衝内插 編碼方法來編碼該過渡語音訊框。一 CELp方案亦可用以 編碼過渡語音訊框〇在另一相能士 隹为，·且態中，以全速率或13.2 kbps 編碼過渡語音訊框。 若在任務412中，語音編碼器判定該訊框並非為過渡語 音，則語音編碼器進入任務416。在任務416中，語音編碼 器將該訊框編碼為有聲語音。在一組態中，可使用本文中 所描述之一 ppp編碼方案或其他原型編碼方案以二分之一 速率（例如，6.2 kbps)或四分之—速率編碼有聲語音訊框。 亦可能使用PPP或其他編碼方案以全速率（例如，在扑 CELP編碼器中13.2 _或8 kbps)編碼有聲語音訊框。然 而，熟習此項技術者應瞭解以二分之一或四分之—速率編 碼有聲訊框允許編碼器藉由利用有聲訊框之穩態特性而保 存有價值的頻寬。此外，不管用以編瑪有聲語音之速率， 而使用來自之前訊框的資訊有利地編碼有聲語音，且因此 有聲s吾音以可預測方式加以編碼。 圖7A展示根據一所揭示之組態的裝置1〇〇的方塊圖，該 組態可用於-語音編碼器、蜂巢式電話或用於語音編碼 及/或通信之其他裝置中。裂置100包括音高延遲拇取器 110，其經組態以擷取訊框之音高延遲值（或"音高週期 116837.doc •20- 1358056 1 °舉例而言’音高延遲擷取器110可經配置以自一線性預 測（LP)分析模組接收一餘留信號，該模組經組態以將一語 音k號之訊框分解為一組Lpc係數及餘留信號。音高延遲 擷取β 110可經組態以對餘留信號實行本文中所描述之任 務Τ100之實施。在一實例中，音高延遲擷取器11〇經組態 以藉由判定餘留信號中具有最大絕對值之樣本之間的平均 ㈣而取音高週期°或者，音高延遲摘取器110可經組 態以判疋最大化一訊框或窗之自相關的延遲，窗諸如為候 選β问週期（例如，先前訊框之音高週期）兩倍大的窗。該 自相關插作之結果亦可用以支援對該訊框為有_還是無聲 進行判定。在某些狀況下（尤其對於WI編碼方案），音高延 遲榻取器11G可經組態以校驗局部最大約m及個樣本 (例如，以避免使音高增至兩倍或三倍卜 ’ 裝置110包括原型操取器12〇，其經組態以自餘留訊框榻 取長度Z之原型(例如，根據本文中所描述之任務τ細的 :實施例)。原型榻取器120通常經組態以自訊框之最後音 间週期擷取原型。在一實例中，原型擷取器m經组鲅以 擷取原型以使得最小化在原型開始及結束時之能量之：。 在另一實例中，原型擷取^顧組態以榻取原型以使得 自原型内具有最高量值（亦即，主峰值）之樣本至原型任一 端的距離不小於-特定數目之樣本(例如，六個⑷之一 特定比例（例如，25%) » 原型摘取器！20亦可經㈣以每訊框掏取一個以上原 i。在- WI編碼方案中，例如，可能需要原型榻取器⑽ Π 6837.doc •21· 1358056 母訊框擷取高達八個或八個以上原型。在該種狀況下，音 高延遲擷取器110可經組態以每訊框擷取一音高延遲值— -欠或兩次’且使用諸如線性内插（對於值接近之音高值）及/ 或逐步内插（當鄰近音高值之間的差較大時）之方法將額外 音高值（例如，每訊框總共八個值）内插於被擷取的音高值 之間。 裝置100包括係數計算器130，其經組態以計算一組頻譜 係數（例如’ DFS係數）。舉例而言，係數計算器13〇可經組 態以根據以上表達式（2a)及（2b)計算對應於基頻1/ζ之諧波 的一組DFS係數。可能需要係數計算器13〇經組態以計算 一對係數、办…，其中每一灸在範圍女e几|^/2_1；内》 裝置100包括一原型對準器140，其經組態以根據本文中 所描述之任務T400之實施例而計算兩個原型（例如，當前 訊框之一原型與先前訊框之一原型）之間的一對準。舉例 而言，原型對準器140可經組態以計算原型之間的一對準 以使得為單一組經估計之餘弦及正弦值實行兩個不同相移 之交叉相關性。 原型對準器140可經組態以使用每一組經估計之餘弦及 正弦值（可能除對應於0或π弧度之角的集合以外）計算對準 ^圍0分<尤内兩個不同相移r之原型交又相關性。舉例而 言，原型對準器140可經組態以在相移估計範圍 内（對應於r=〇或r=Z/2之集合除外）使用每一組經估計之餘 弦及正弦值來計算對準範圍内兩個不同相移值^之原 型交又相關性。原型對準器14〇可經組態以根據圖3及圖5

116837.doc -22- S 1358056 τ之偽喝列表中任-者實行此等掉作。 圖7Β展示原型對準器140之 「 函數估钟哭， 實知例142的方塊圖。三角 山數估彳态Μ4經組態以在— 内對複數個莖估叶乾圍（例如，〇以4"2」） 兮第 目移巾之每—者進行如下動作：估計基於 算器⑷經电……/者的至少-三角函數。計 個廣刑個第—相移中之每—者計算兩 個原1之間的第—乃笛_ As Η月

應於相對於另—_ — 度量。第—㈣性度量對 一 、 移而移位第一相移（例如，r)之原型中的 :°第二相關性度量對應於相移相對於另一相移而移位 超出估計範圍（例如，心仏广）之原型中的一者。比較器 48厶”·且態以在第一及第二相關性度量中識別最大值。 可他需要原型對準器14〇在對準前對原型實行頻譜加 Λ。在-種此實施例中’原型對準器14〇經組態以將當前 原里:真零至長度、經組態以藉由—具有零記憶之加權 LPC “合型遽波器（例如，使用當前訊框之最後子訊框的 LPC係數）而;慮波該信號，且經組態以藉由將經丨慮》皮信號之 第《個樣本添加至第（„+L)個樣本（〇^<ζ)而獲取長度Ζ之感 觀加權原型。原型對準器140亦可經組態以在計算對準前 對原型中之一或多者實行一或多個本文中所描述之長度正 規化操作。 裝置100包括移相器丨50，其經組態以將對應於由原型對 準器140識別之最大交叉相關性之相移應用於當前原型。 移相器1 50亦可經組態以對經對準之原型實行一頻譜加權 操作’諸如一感觀加權操作（例如’藉由將一諸如感觀加 116837.doc -23- 1358056 權濾波器之濾波器應用於經對準之原型）β 裝置100包括原型量化器160，其經組態以量化原型（例 如，用於有效傳輸及/或儲存該量化可包括原型之增益 正規化以用於功率及形狀之單獨量化。另外或其他量 化可包括將DFS係數分解為振幅及相位向量以便單獨^ 化°原型量化器160可經組態以根據如下方法中任何一者 實行振幅及相位量化：每一分量之標量量化、分量組之向 里1化、多·級量化（向f、標#或混合的）、振巾昌及相位成 對或成對分組地結合量化。 在裝置100之另一實施例中，原型對準器14〇經組態以對 原型之不同頻帶單獨實行原型對準，以使得可為不同頻帶 之每一者獲取一不同相移。在該種狀況下，移相器可 、’至組態以將各個相移在對應頻帶内應用於原型之諧波分 量，且原型量化器160可經組態以根據頻帶劃分而子取樣 原型之相位向量（例如，以使得為每一頻帶編碼一相位 值）。子取樣相位及振幅資訊及PPP編碼及解碼之其他態樣 (例如）在美國專利第6,678,649號（Manjunath ,於2004年1月 1 3曰頒予）中予以論述。 對於在WI編碼方案中之使用，裝置j 〇〇可經組態以包括 一濾波器組（例如，包括一高通濾波器及一低通濾波器）， 其經配置以自移相器150接收經對準之原型且經配置以分 離SEW與REW以供進一步處理及/或單獨量化。 裝置100之實施例的各種元件可實施為駐存於（例如）相同 曰曰片上或一晶片組中之兩個或兩個以上晶片之中的電子設 116837.doc •24- 1358056 備及/或光學設備’然而亦涵蓋不具有該限制之其他配 置。該裝置之一或多個元件可整體或部分地實施為一或多 組指令’該等指令經配置以在邏輯元件（例如，電晶體、 閉極）之一或多個固定或可程式化陣列上執行，邏輯元件 諸如，微處理器、嵌入式處理器、IP核心、數位信號處理 器、FPGA(場可程式化閘陣列）、ASSP(特殊應用標準產品） 及ASIC(特殊應用積體電路）。

裝置100之一實施例的一或多個元件可能用以實行任務 或執行不直接與裝置之一操作相關之其他組指令，諸如與 嵌入有該裝置之設備或系統之另一操作相關的任務。裝置 ioo之一實施例的一或多個元件亦可能具有共同結構（例 如，用以在不同時間執行對應於不同元件之程式碼部分的 處理器、經執行以在不同時間實行對應於不同元件之任務 的組指令，或在不同時間對不同元件實行操作之電子設 備及/或光學設備的配置）。

提供所述實施例之上述陳述以使任何熟習此項技術者j 夠製造或使用本文中揭示之方法及其他結構。對此等組j 之各種修改為可能的，且本文中所提供之通用原理亦可』 用於其他組態可自本文瞭解，例如，一組態可部分… 體地實施為-硬連線電路，實施為__被製造為—特殊應戶 積體電路之電路組態’或實施為一被载入至非揮發性儲4 器中之_程式，或作為機器可讀碼自資料儲存媒體載7 或載入至該資料儲存媒财之—軟體程式，該碼為可由達 輯兀件之陣列(諸如一微處理器或其他數位信號處理單元 H6837.doc -25- 1358056 執打的指令，儲存媒體 導體記憶體（其可包括（不限 子凡件之陣列，諸如半 記憶體）、ROM(唯讀 L或靜態RAM(隨機存取 口己隐體）及/或(L±t. 0B γν 阻、雙向、聚合或相變記情體/)，或鐵電、磁 碟或光碟。術語"軟體，，/ ’，或一碟片媒體，諸如一磁

瑪、機器碼、二進位 原代碼、組合語言 < m巧、W體、宏碼、捭 件之陣列執行之指令的链碼、可由邏輯元 實例之任何組合。 夕個集。或序列，及此等 本文中所揭示之方法中 > 如，在上文列出之…者亦可切實地實施(例 或夕個資料儲存媒體中）為可由一包 括邏Γ件之陣列(例如，-處理器、微處理器、微控： 器或其他有限狀態機)的機器讀取及/或執行之一或多個指 令集合。因此’本揭示案不欲限制上文所示之組態，而是 應符口 .、在本文中以任何方式揭示之原理及新穎特徵相一 致的最廣泛料’該料包括於所巾請之附屬中請專利範 圍中’該申請專利範圍形成為原始揭示内容之一部分。 【圖式簡單說明】 圖1展不根據一組態之方法河100的流程圖。 圖2展示對準兩個週期性語音波形之方法之偽碼列表的 實例。 圖3展示對準任務T400之一實施例之偽碼列表的實例。 圖4展示對準任務之另一實施例之偽碼列表的實例。 圖5展示對準任務T400之另一實施例之偽碼列表的實 例。 116837.doc -26- 1358056 圖6展示一編碼模式選擇方案之圖。 圖7A展示根據一所揭示組態之裴置ι〇〇的方塊圖。 圖7B展示原型對準器14〇之一實施例〗42的方塊圖。 【主要元件符號說明】

110 120 130 140 142 144 146 音高延遲擷取器 原型擷取器 係數計算器 原型對準器 原型對準器實施例 三角函數估計器 計算器 148 比較器 150 移相器 160 原型量化器

116837.doc -27-

Claims (1)

1358056· 第095144864號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年10月） 十、申請專利範圍： .一種對準兩個週期性語音波形之方法，該方法包含. 將兩個週期性語音波形之一第一者居中於一估計點 基於一相移估計一角之一三角函數之一結果； 該等角係基於該第一相移；及 ⑴使用該三角函數之該結果計算（A)該兩個週期性語 音波形中移位了一第一相移之該第—波形與（B)該兩個: 期性語音波形中之一第二波形之間的一第一相關性度 量；及 (Π)使用該三角函數之該結果計算（c)該兩個週期性語 音波形中移位了 一第二相移的該第一波形與（D)該兩個週 期性語音波形中之該第二波形之間的一第二相關性产 量， 又 其中該第一與第二相移之強度相等而方向相反。 2.如叫求項1之方法，進一步包含藉由對複數個相移執行 計算⑴與（II)產生一第一與第二複數個相關性度量，及 將對應於在已產生之該等第一相關性度量及已產生之 該等第二相關性度量之中所識別之該最大值的該相移應 用於5亥兩個週期性語音波形中之該第一波形。 月长項1之方法’其中該估計一三角函數之一結果包 含估計~餘弦。 4·如π求項1之方法，其中該估計一三角函數之一結果包 含估計一餘弦及一正弦。 长項1之方法，其中該計算一第一相關性度量包括 116837-991027.doc 1358056 計算(E)經估計之餘弦 之複數個和，及 積與（F)經估計之正弦的乘積 其令該計算-第二相關性度量包括▲十曾 計之餘弦的乘積與⑻該等經估m异⑹該等經估 差。 ^之正弦的乘積之複數個 6·如請求項1之方法，其 第-波形係基於—原…兩個週期性語音波形中之該 音⑼之鬼主、波形，該原型波形係擷取自一語 曰U之-第-時間部分之一餘留部分及 其中該兩個週期性語音 m m ^ 什佑 /中之该第二波形係基於一 -波形，该原型波形係擷取自該語音信號之 間部分之一餘留部分。 ， 一時 7.如請求項6之方法，立中每 、 —去沾 ，、中该兩個週期性語音波形中之每 —者的一長度等於該語音 時間部分中之至少一者的 -一- 现之該第一時間部分及該第 高週期 立 ，% 别 〇 8.=求之方法，其中對於該第—相移為複數個㈣ :者，該複數個相移中之每—者對應於該第一心 /皮幵y之一不同諧波頻率。 9·如請求項1之方法，其中該第一 筘 相移為在零弧度至π弧名 之&圍内且包括零弧度本身 中之—者。 弧度本身之複數個㈣ 10·如請求項丨之方法，其中該第二 ^ ^ ^ 相移為在π弧度至 fe圍内且不包括π弧度本身及 移中之—者。 弧度本身之设請 η. 一種非短暫電腦可讀取儲存媒體，其以機器可執行心 116837-99l027.doc 12. 12. 一或多個處理器 編碼，該等機器可執行指令經組態以使 執行如請求項1之方法。 其中該方法 如請求項11之非短暫電腦可讀取儲存媒體， 包含： 13. 14. 15. 藉由對複數個相移執行計算⑴與（Π)產生-第一盘第 二複數個相關性度量，及將對應於該等第一相關性度量 及該等第二相關性度量之令所識別之該最大值的該相移 應用於該兩個週期性語音波形中之該第一皮形。 如請求仙之非短暫電腦可讀取儲存媒體，.其中該估計 二角函數之一結果包含估計一餘弦。 如請求項11之非短暫電腦可讀取儲存媒體其中該估計 一二角函數之一結果包含估計—餘弦及一正弦。 如請求項11之非短暫電腦可讀取儲存媒體，其中該計算 一第一相關性度量包括計算（E)經估計之餘弦的乘積與（F) 經估計之正弦的乘積之複數個和，及 其中該計算一第二相關性度量包括計算（G)該等經估 計之餘弦的乘積與（H)該等經估計之正弦的乘積之複數個 差0 16·如請求項Π之非短暫電腦可讀取儲存媒體，其中該兩個 週期性§吾音波形中之該第一波形係基於一原型波形該 原型波形係擷取自一語音信號之一第一時間部分之一餘 留部分，及 其中該兩個週期性語音波形中之該第二波形係基於一 原型波形，該原型波形係擷取自該語音信號之一第二時 116837-99l027.doc 間部分之一餘留部分。 17. 如請求項11之非短暫電腦可讀取儲存媒體其中該兩個 週期性语音波形中之每一者的一長度等於該語音信號之 該第一時間部分及該第二時間部分中之至少一者的一音 向週期。 18. 如請求項π之非短暫電腦可讀取儲存媒體，其中該第一 相移為在零弧度至π弧度之範圍内且包括零弧度本身及兀 弧度本身之複數個相移中之一者。 19. 如請求項11之非短暫電腦可讀取儲存媒體其中該第二 相移為在兀弧度至2π弧度之範圍内且不包括冗弧度本身及 2π弧度本身之複數個相移中之一者。 2〇' -種經組態以對準兩個週期性語音波形之裝置，該裝置 包含： 居中構件，其用於將兩個週期性語音波形之一第一者 居中於一估計點； 估计構件’其用以基於一相移估計一角之一三角函數 之一結果； ;„十算構件’其用於使用該三角函數之該結果計算⑴(Α) 该兩個週期性語音波形中移位了—第一相移之該第一波 形與（Β)該兩個週期性語音波形中之—第二波形之間的一 第相關I·生度量，及⑺使用該三角函數之該結果計算⑹ §玄兩個週期性語音波形中移位了-第二相移的該第-波 形與⑼該兩個週期性語音波形中之該第二波形之間的一 第二相關性度量。 116837-991027.doc •4- 211358.056 如請求項20之裝置，其中該裝置包含產生構件，其用於 使用該計算構件對複數個相移產生n第二複數相 關性度量’及⑴將對應於在已產生之該等第—相關性度 量及已產生之該等第二相關性度量中所識別之一最大值 的該相移應用於該兩個週期性語音波形中之該第一波 形。

22. 如請求項20之裝置’其中該用於估計一三角函數之估計 構件經組態以估計一餘弦。 23. 如請求項20之裝置，其中該用於估計一三角函數之估計 構件經組態以估計一餘弦及一正弦。 24. 如請求項20之裝置，其中該計算構件經組態以計算該第 一相關性度量以包括（E)經估計之餘弦的乘積與（F)經估 5十之正弦的乘積之複數個和，及

其中该s十异構件經組態以對於該複數個第一相移中之 每一者而計算該第二相關性度量以包括（G)該等經估計之 餘弦的乘積與（H)該等經估計之正弦的乘積之複數個差。 25·如請求項20之裝置，其中該裝置包含一用於擷取一原型 波形之擷取構件，其經組態以⑴自一語音信號之一第一 時間部分之一餘留部分擷取一第一原型波形，及（ii)自該 語音信號之一第二時間部分之一餘留部分擷取一第二原 型波形， 其中該兩個週期性語音波形中之該第一波形係基於該 第一原型波形，及 其中該兩個週期性語音波形中之該第二波形係基於該 116837-991027.doc 1358056 第二原型波形。 26. 如請求項25之裝置，其中該兩個週期性語音波形中之每 一者的一長度等於該語音信號之該第一時間部分及該第 二時間部分中之至少一者的一音高週期。 27. 如請求項20之裝置，其中該第一相移為在零弧度至冗弧 度之範圍内且包括零弧度本身及π弧度本身之複數個相 移中之一者。 28. 如請求項20之裝置，其中該第二相移為在冗弧度至以弧 度之範圍内且不包括π弧度本身及2π弧度本身之複數個 相移中之一者。 29. 如請求項25之裳置，其中該第一相移為複數個相移中之 一者，該等相移之每一者對應至該第—原型波形之—不 同諧波頻率。 30_ —種包括如請求項20之裝置的語音編碼器。 31· —種包括如請求項20之裝置的蜂巢式電話。 32. —種經組態以對準兩個週期性語音波形之裝置，該裝置 包含： 一二角函數估計器，其經組態以基於一相移估計—角 之一三角函數之一結果；及 一計算器，其經組態以：（1)使用該三角函數之該結果 計算（Α)該兩個週期性語音波形中移位了一第—相移之节 第一波形與（Β)該兩個週期性語音波形中之一第二波形之 間的一第一相關性度量；及 (2)使用該三角函數之該結果計算（c)該兩個週期性钙 116837-991027.doc * 6 - 1358.056 曰波形中移位了 —第二相移的該第—波形與⑼該兩個週 期性語音波形中之該第二波形之間的一第二相關性产 量。. 又 33. ^請，項32之裝置，其中該計算器藉由對複數個相移執 订冲异⑴及（2)產生—第一及第二複數個相關性度量， 及將對應於在已產生之該等第—相關性度量及已產生之 该等第二相關性纟4中所識別 < —最大值的該第二相移 φ 應用於該兩個週期性語音波形中之該第一波形。 34. 如請求項32之裝置，其中該三角函數估計器經組態以估 計一餘弦。 35..如請求項32之裝置，其中該三角函數估計器經組態以估 計一餘弦及一正弦。 士叫求項32之裝置，其中該計算器經組態以計算該第一 相關性度量以包括（E)經估計之餘弦的乘積與（f)經估計 之正弦的乘積之複數個和，及 • 其中該計算器經組態以對於該複數個第一相移中之每 -者而計算該第二相關性度量以包括(G)該等經估計之餘 弦的乘積與（H)該等經估計之正弦的乘積之複數個差。 3入如請求項32之裝置，其中該裝置包含—原型操取器該 原型掏取H經組態以⑴自-語音信號之—第—時間部分 之-餘留部分榻取-第-原型波形，及（Η)自該語音信號 之一第二時間部分之一餘留部分擷取—第二原型波形， 其中該兩個週期性語音波形中之該第一波形係基於該 第一原型波形，及 116837-99l027.doc 1358056 其中該兩個週期性語音波形中之該第二波形係基於該 第一原型波形。 38.如請求項37之裝置，其中該兩個週期性語音波形中之每 者的長度等於該§#音信號之該第一時間部分及該第 二時間部分中之至少一者的一音高週期。 39.如請求項37之裝置’其令該第一相移為複數個相移中之 一者，該複數個相移之每一者對應至該第一原型波形之 一不同證波頻率。 40.如請求項32之裝置，其中該第一 度之範圍内且包括零弧度本身及 移中之一者。 相移為在零弧度至π弧 π狐度本身之複數個相 41.如請求項32之裝 度之範圍内且不 相移中之一者。 置，其中該第二相移為在π弧度至2π弧 包括π弧度本身及2π弧度本身之複數個 42. -種包括如請求項32之裝置的語音編碼器 43. -種包括如請求項32之裝置的蜂巢式電話 116837-991027.doc 1358056 第095144864號專利申請案 中文圖式替換頁(99年10月）

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