专利名称：在线性预测分析中确定isf参数的方法
技术领域：
本发明涉及一种编解码压缩的方法，特别是涉及一种在音频/语音编码中进行线性预测分析时确定ISF参数的方法。
背景技术：
如图1所示，在现有的基于线性预测分析的音频/语音编码中，线性预测分析模块的输入信号是语音/音频信号，输出信号是线性预测系数，用于提取输入信号的线性预测系数；线性预测系数编码模块将线性预测系数转化成ISF参数，用于进一步参数编码，是整个编码流程中重要的一部分；ISF编码和量化模块的输入信号是ISF参数，输出信号是ISF参数的量化值，用于将输入的ISF参数进行编码和量化，作为编码码流的一部分。
现有的线性预测编码(AMR-WB和AMR-WB+)都包含线谱对(LineSpectral Frequency LSF或Immittance Spectral Frequency ISF)的计算和量化。输入语音或者音频信号的线性预测(Linear Prediction，LP)谱的信息几乎都是在描述ISF的几个比特中体现。
现有的将线性预测系数转化成ISF参数的方法如图2所示。包括如下步骤。用输入的线性预测系数求出多项式系数并构成一个切比雪夫多项式。然后再用格型搜索法求这个多项式的根所在区间，最后在这个区间进行线性插值，将插值得到的结果进行反余弦计算得到最终根。在下一步里对求得的ISF参数进行量化，成为语音/音频码流的一部分。
这种方法的不足之处在于格型搜索根的过程中存在大量的乘法，以及在最后进行反余弦求ISF过程中引入了反余弦这类费时的计算。如果采用查表的方法，将会使精度受到损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在线性预测分析中确定ISF参数的方法，它操作简单，可以直接快速的得到ISF参数。
为解决上述技术问题，本发明的在线性预测分析中确定ISF参数的方法是采用如下技术方案实现的，首先用迭代法求得多项式系数，然后运用求根的方法搜索根所在区间，直接得到ISF参数。
在现有的线性预测系数编码和量化的方法中，ISF的计算需要进行936次乘法、8次除法以及8次反余弦运算(可以用查表方法代替)。采用本发明的方法后仅需要进行平均392次乘法、24次除法运算。其中，除法运算可以用查表的方法较好的近似，而不影响最后输出根的位置。(用查表和牛顿迭代法取代除法以后，平均用433次乘法)。由于平均乘法数目大大降低，所以运算速度提高，可以直接快速的得到ISF参数。
本发明的方法操作步骤简单，节省了53.7％的乘法，得到的ISF参数精度与现有的方法基本相当，根的误差都在0.01％之下。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明 图1是现有的基于线性预测分析的音频/语音编码流程图； 图2是现有的线性预测系数编码流程图； 图3是本发明的在线性预测分析中确定ISF参数的方法流程图； 图4是本发明的用求根法搜索根所在区间的第一种实施例的流程图； 图5是本发明的用求根法搜索根所在区间的第二种实施例的流程图。
具体实施例方式 如图3所示，本发明的确定ISF参数的方法是，在用迭代法求得多项式的系数以后，可以分别采用两种不同的运用求根的方法(结合图4、5所示)搜索根所在的区间和线性插值的方法直接并快速的求得ISF参数。
采用迭代法求多项式系数的方法是，假设输入的线性预测系数记为a1，a2，...，a16，则相应的LP多项式是 从式(1)可以得到两个复多项式 f′1＝A(z)+z-16A(z-1) (2) f′2＝A(z)-z-16A(z-1) 这两个方程的根都在单位圆上(即模为1)。此时去除在-1和1上的根，因为它们不包含线性预测系数的任何信息，可以得到如下新的复多项式 f1(z)＝f′1(z)(3) f2(z)＝f′2(z)/(1-z-2) 将这些多项式展开，可以得到一系列系数，在这里记做r0，r1，...，r8。那么式(2)、式(3)的两个多项式可以展开为具有如下形式的多项式 R(z)＝r8z16+r7z15+...+r1z9+r0z8+r1z7+...+r8(4) 由于根都在单位圆上，那么可以将根表示成如下，i＝1，...，8，除以z8这个与根无关的项并用z＝ejω代入，则有 G(ω)＝2r8cos8ω+2r7cos7ω+...2r1cosω+r0(5) 至此，问题变成求式(2)、式(5)的根。
本发明的用求根法搜索根所在区间可以采用多种不同的方法实现。
在图4所示的第一种实施方式中，设定第一个根的初始值后，进行Newton-Chebyshev(牛顿-切比雪夫方法)根搜索，再进行线性插值求根，初始化下一个根的搜索起始点，继续进行Newton-Chebyshev根搜索。
在图5所示的第二种实施方式中，它与第一种实施方式的区别是进行Newton-Chebyshev根搜索后，不进行线性插值求根，直接初始化下一个根的搜索起始点。
需要说明的是上面所述的Newton-Chebyshev根搜索方法作为实施例只是进行根搜索方法中的一种。具体实施时，首先，将整个角度轴ω分成314份，在每个区间里，其余弦值都设定为区间中点的余弦值。从第一个根开始搜索，用如下的算式进行计算根的迭代值 ωk+I＝ωk-G(ωk)/G′(ωk)(6) 其中k为迭代次数，G(ωk)和G′(ωk)都是用Chebyshev(切比雪夫)多项式求得的函数。当k＝0，1时，两次迭代以后，能够得到根的大概位置。再找到根所在的区间，进行线性插值则可以得到根的位置。(图4所示的第一种实施方式)；或者，当k＝0，1，2时，经过三次迭代，所得到的迭代值则是根的位置，即直接得到根的位置。(图5所示的第二种实施方式)。
当搜索到一个根的时候，可以通过如下的方法来确定下一个根搜索的起始点位置。假设上一个根(第i个)用β表示，那么下一个根的起始位置可以简单的用估计，其中di是一个经验值，每一个根都有不同的经验值。然而，对于G函数，如果ω0i+1落在一个导数较小(绝对值)的区域，那么Newton(牛顿)方法无法收敛到真实根的附近，因此需要一个修整过程
完成初始值的确定以后，总计重复进行7次根搜索和下一个初始值的确定步骤即可全部确定根的位置。
在本发明中用求根的方法搜索根所在的位置，除了上述的实施例外，还可以采用其它的求根的方法来搜索根所在区间，例如二分法，Chord(乔德)迭代法，Secant(斯坎特)迭代法等等，以及两种以上求根的方法混合使用来求根；或者用其他分割角度轴的方法，例如分成不同的份数。
本发明对音频/语音的编码流程中的线性预测系数编码和量化进行了改进，可以直接且快速地得到ISF参数，适用于音频/语音编码。
权利要求
1.一种在线性预测分析中确定ISF参数的方法，首先用迭代法求得多项式系数，其特征在于然后运用求根的方法搜索根所在区间，直接得到ISF参数。
2.根据权利要求1所述的在线性预测分析中确定ISF参数的方法，其特征在于所述用求根的方法搜索根所在区间的方法是初始化后进行Newton-Chebyshev根搜索，整个角度轴ω被分成314份，在每个区间里，其余弦值都设定为区间中点的余弦值，从第一个根开始搜索，用如下的算式进行计算根的迭代值
ωk+1＝ωk-G(ωk)/G′(ωk)
其中k为迭代次数；G(ωk)和G′(ωk)是用Chebyshev多项式求得的函数值。
3.根据权利要求1所述的在线性预测分析中确定ISF参数的方法，其特征在于所述的迭代次数k＝0，1；经两次迭代以后，得到根的大概位置；再找到根所在的区间，进行线性插值则得到根的位置。
4.根据权利要求1所述的在线性预测分析中确定ISF参数的方法，其特征在于所述的迭代次数k＝0，1，2；经过三次迭代，直接得到根的位置。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的在线性预测分析中确定ISF参数的方法，其特征在于
当搜索到一个根后，确定下一个根搜索的起始点位置的方法是假设上一个根用β表示，那么下一个根的起始位置用估计，其中di是一个经验值；
对于G函数，如果ω0i+1落在一个导数较小的区域时，按下式进行修整
完成初始值的确定以后，重复进行7次根搜索和下一个初始值的确定即可全部确定根的位置。
全文摘要
本发明公开了一种在线性预测分析中确定ISF参数的方法，用迭代法求得多项式系数后，运用求根的方法搜索根所在区间，直接得到ISF参数。本发明对音频/语音的编码流程中的线性预测系数编码和量化进行了改进，操作简单，可以直接且快速地得到ISF参数，适用于音频/语音编码。
文档编号G10L19/12GK101149927SQ20061011615
公开日2008年3月26日 申请日期2006年9月18日 优先权日2006年9月18日
发明者黄鹤云, 林福辉 申请人:展讯通信(上海)有限公司