专利名称：基于celp的语音多描述编解码方法
技术领域：
本发明属于音频编解码技术领域，更明确地说涉及基于CELP的语音多描述编解码方法的设计。
背景技术：
多描述编码(multiple description code)将单个信号编码成两个(或两个以上)独立的比特流，这些独立的比特流称为描述符(multipledescriptor)。多描述编码有两个主要属性(1)可以独立地对每个描述符进行解码并重构出可用的原始信号；(2)多描述符存在互补的信息，随着正确地接收到的描述符数量的增加，解码出的信号质量也逐步提高。值得注意的是，第一个属性根本不同于常规的可分级(或可分层)编码，常规的方法编码出的基本层是至关重要的，如果失去基本层，剩下的其他比特流将毫无用处。可是，多描述编码技术可以利用正确接收到的任何一个描述符重构出有用的原始信号，随着接收到的描述符数量的增加，解码出的图像质量也逐步提高。采用多描述视频编码法，还可以利用其他描述符中未受损害的部分来修复本描述符中受损的部分。这样，即便是两个描述符都遭受了分组丢失，只要这两个描述符遭受的分组丢失不是同时发生，它们仍然可以维持有用的信号质量。多描述编码优越性还包括多描述编码系统可以获得较高的压缩效率，同常规的单描述符(SD，single description)压缩原理相比，它压缩所得的总比特率只比后者略高。
采用多描述编码技术，在任意时间点上只要接收到至少一个描述符，就可以有效地再生出原始信号。因此，可以把多描述视频编码技术和多路径技术(multiple Path Diversity)结合起来，不同的网络路径传送不同的描述符。由于不同路径的分组丢失现象是不相关的，因此，多路径传输系统和描述符之间彼此互补的MD编码技术相结合，就大大提高了MD编码差错复原的效率。
CELP码激励线性预测编码是Code Excited Linear Prediction的缩写。CELP是近10年来最成功的语音编码算法。CELP语音编码算法用线性预测提取声道参数，用一个包含许多典型的激励矢量的码本作为激励参数，每次编码时都在这个码本中搜索一个最佳的激励矢量，这个激励矢量的编码值就是这个序列的码本中的序号。CELP已经被许多语音编码标准所采用，美国联邦标准FS1016就是采用CELP的编码方法，主要用于高质量的窄带语音保密通信。CELP(Code-Excited Linear Prediction)这是一个简化的LPC算法，以其低比特率著称(4800-9600Kbps)，具有很清晰的语音品质和很高的背景噪音免疫性。
CELP是一种在中低速率上广泛使用的语音压缩编码方案。它综合使用了线性预测、矢量量化、感觉加权、A-B-S(综合分析法)等技术，在4～16kb/s的速率上，是电话宽带语音编码得到很高的编码质量。编码器的基本原理框图如图1.2-1所示。与LPC模型类似，CELP模型中也有激励信号和声到滤波器，但它的激励信号不再是LPC模型中的二元激励信号。在目前常用的CELP模型中，激励信号来自两个方面长时基音预测器(又称自适应码本)和随机码本。自适应码本被用来描述语音信号的周期性(基音信息)。固定的随机码本则被用来逼近语音信号经过短时和长时预测后的线性预测余量信号。从自适应码本和随机码本中搜索出的最佳激励矢量乘以各自的最佳增益后相加，便可得到激励e(n)。它一方面被用来更新自适应码本，另一方面则被输入到合成滤波器H(z)以得到合成语音^s(n)。^s(n)与原始语音s(n)的误差通过感觉加权滤波器W(z)后可得到感觉加权误差信号e(n)。使e(n)均方误差为最小的激励矢量就是最佳激励矢量。
但是，迄今为止，尚没有一种将多描述编码、多路径传输系统和CELP语音编码算法互补结合，以得到质量更高、失真更小的语音信号的语音多描述编解码方法。
发明内容
本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种基于CELP的语音多描述编解码方法。它将多描述编码、多路径传输系统和CELP语音编码算法互补结合，能产生两个CELP码流，从每个码流中都可以解出一个基本质量的语音信号。对从两个码流中解出来的语音信号进行简单的平均，就可以得到一个质量更高、失真更小的语音信号。
为了达到上述目的，本发明包括如下步骤a.将原始的语音信号Y分别输入编码器(1)和编码器(2)进行编码；
b.将编码器(1)、编码器(2)分别与标准的解码器(3)和标准的解码器(4)连接，分别进行解码，经解码器(3)解码后的输出语音信号为Y1，其失真为Dist1，经解码器(4)解码后的输出语音信号为Y2，其失真为Dist2；c.将语音信号Y1和语音信号Y2进行平均，得到输出语音信号Y0，其失真为Dist0。
对自适应码本、随机码本和增益系数进行选择和搜索时以减小平均失真Dav＝(1-p1)(1-p2)Dist0+(1-p2)p1Dist2+(1-p1)p2Dist1为目标。
在本发明的方法中有两个CELP编码器，编码器(1)和编码器(2)。原始的语音信号用y表示，用编码器(1)对原始的语音信号y进行编码并用标准的解码器(3)解码后得到的语音信号是y1，用编码器(2)对原始的语音信号y进行编码并用标准的解码器(4)解码后得到的语音信号是y2。y1的失真用Dist1表示，y2的失真用Dist2表示，y2和y1的平均的失真用Dist0表示。在不同的传输信道中，每个描述被丢失的概率是不一样的。如果两个描述被同时收到的概率很大，Dist0对终端用户要重要一些。反之，如果只有一个描述被收到的概率很大，Dist1和Dist2对终端用户要重要一些。平均的失真是Dav＝(1-p1)(1-p2)Dist0+(1-p2)p1Dist2+(1-p1)p2Dist1其中p1是信道一上传输丢失的概率，p2是信道二上传输丢失的概率。编码器(1)和编码器(2)工作的时候要对自适应码本、随机码本、和增益系数进行选择和搜索，这个过程的目的是减小Dav。
本发明的任务就是这样完成的。
本发明提供了一种基于CELP的语音多描述编解码方法。它将多描述编码、多路径传输系统和CELP语音编码算法互补结合起来，能产生两个CELP码流，从每个码流中都可以解出一个基本质量的语音信号。如果对从两个码流中解出来的语音信号进行简单的平均，就可以得到一个质量更高、失真更小的语音信号。它可广泛应用于所有需要语音编码、解码和传输的数字装置和系统中。
图1为多描述编码的结构示意图。
图2为CELP编码的原理框图。
图3为本发明的原理方框图。
具体实施例方式
实施例1。一种基于CELP的语音多描述编解码方法，如图3所示。它包括以下步骤a.将原始的语音信号Y分别输入编码器(1)和编码器(2)进行编码；b.将编码器(1)、编码器(2)分别与标准的解码器(3)和标准的解码器(4)连接，分别进行解码，经解码器(3)解码后的输出语音信号为Y1，其失真为Dist1，经解码器(4)解码后的输出语音信号为Y2，其失真为Dist2；c.将语音信号Y1和语音信号Y2进行平均，得到输出语音信号Y0，其失真为Dist0。
其中对自适应码本、随机码本和增益系数进行选择和搜索时以减小平均失真Dav＝(1-p1)(1-p2)Dist0+(1-p2)p1Dist2+(1-p1)p2Dist1为目标。
实施例1将多描述编码、多路径传输系统和CELP语音编码算法互补结合起来，能产生两个CELP码流，从每个码流中都可以解出一个基本质量的语音信号。对从两个码流中解出来的语音信号进行简单的平均，就可以得到一个质量更高、失真更小的语音信号。它可广泛应用于VOIP等领域中。
权利要求
1.一种基于CELP的语音多描述编解码方法，其特征在于它包括如下步骤a.将原始的语音信号Y分别输入编码器(1)和编码器(2)进行编码；b.将编码器(1)、编码器(2)分别与标准的解码器(3)和标准的解码器(4)连接，分别进行解码，经解码器(3)解码后的输出语音信号为Y1，其失真为Dist1，经解码器(4)解码后的输出语音信号为Y2，其失真为Dist2；c.将语音信号Y1和语音信号Y2进行平均，得到输出语音信号Y0，其失真为Dist0。
2.按照权利要求1所述的基于CELP的语音多描述编解码方法，其特征在于对自适应码本、随机码本和增益系数进行选择和搜索时以减小平均失真Dav＝(1-p1)(1-p2)Dist0+(1-p2)p1Dist2+(1-p1)p2Dist1为目标。
全文摘要
一种基于CELP的语音多描述编解码方法，属于音频编解码技术。它包括以下步骤将原始的语音信号Y分别输入编码器(1)和编码器(2)进行编码；将编码器(1)、编码器(2)分别与标准的解码器(3)和标准的解码器(4)连接，分别进行解码，经解码器(3)解码后的输出语音信号为Y1，其失真为Dist1，经解码器(4)解码后的输出语音信号为Y2，其失真为Dist2；将语音信号Y1和语音信号Y2进行平均，得到输出语音信号Y0，其失真为Dist0。它能产生两个CELP码流，从每个码流中都可以解出一个基本质量的语音信号。如果对从两个码流中解出来的语音信号进行简单的平均，就可以得到一个质量更高、失真更小的语音信号。可广泛应用于VOIP等领域中。
文档编号H03M7/30GK1744198SQ20051004481
公开日2006年3月8日 申请日期2005年9月26日 优先权日2005年9月26日
发明者田树民 申请人:海信集团有限公司