专利名称：用于编码模拟信号的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于借助通过合成方法的分析对模拟信号进行编 码的方法。
背景技术：
目前大量讨论了在音频信号中的带宽扩展，例如从4kHz的电话带 宽扩展到8kHz的宽带电话，因为由此可以明显改善语音信号的质量.
但是，尤其是在至少一部分传输通过无线电链路进行的移动通信 中，带宽是一种有限的资源.也就是说，必须将预定的有限带宽分给 多个用户.如果现在要提高提供给一个用户的带宽，则必须在用户数 量保持不变的情况下强制性地减小提供给其余用户的带宽.
因此采用不同的方法由处于窄带的激励信号、即例如在0到4kHz 范围内具有4kHz带宽的激励信号来建立更大带宽的信号，如0到8kHz 的8kHz带宽.
这例如通过在时域对窄带信号进行平方并通过在频域镜像或推移 该窄带而产生所缺少的频带来进行.对于例如4kHz带宽和期望的8kHz 带宽的例子，这意味着将0到4kHz的频谱反映为例如4kHz，从而产 生4至8kHz的频谦，可替换地，可以推移4kHz。借助该方法可以由 窄带信号建立宽带信号，但是其缺点是该方法会使窄带激励信号的频 谱失真，或者引起频谦中的数据错误.
发明内容
从现有技术出发本发明要解决的技术问题是提供这样 一种可能， 与现有技术相比产生更高质量的信号，同时所需要的传输带宽很小.
该技术问趙是通过独立权利要求来解决的.优选扩展是从属权利 要求的内容.
为了编码而将模拟信号分解为时间帧，逐个时间桢地将合成产生 的信号与该模拟信号匹配.该合成信号作为合成滤波器的输出信号产
生，该合成滤波器通过作为输入信号的激励信号来激励.
为了形成该激励信号，采用至少一个适应性电码本，在该电码本 中存在用于较早时间桢的激励信号.该较早的激励信号在此表示为多 个扫描值。
为了表示当前的激励信号，从位于适应性电码本的多个扫描值中 选择一个等于当前时间帧的长度的片段.该选择借助取决于语音基本
频率的参考参数来进行，该参考参数可以采取非整数值，也就是说， 采取位于实际存在的扫描值之间的中间值.
如果现在语音基本频率参数是非整数值，则在所选择的片段中选 择对应于该扫描值的中间值.如上所述，该片段的长度等于当前的时 间帧，而且该片段在适应性电码本中的位置通过语音基本频率参数来 确定。
中间值的形成例如通过内插来进行.内插尤其是可以采用(sin x)/x的函数来进行.
本发明的核心在于，全部扫描值和内插值都用于形成激励信号.
其优点是由于对扫描值和中间值给出了有效的、更高的扫描速率 而实现了有效的、更大的带宽.由此可以明显改善在接收端再现的合 成信号的质量，该信号尽可能良好地对应于实际的模拟信号.这种改 善不需要提高对传输带宽的要求就能实现，因为传送的是与在窄带解 决方案中相同的编码参数.
所述改善是通过将已经产生的中间值保存在电码本中一尤其是保 存在发送器和接收器上一并用于产生激励信号来实现的.
这与目前的解决方案相反，在目前的解决方案中虽然存在非整数 语音基本频率参数来确定所述片段在适应性电码本中的位置，但是用 于产生激励信号的中间值之间的间隔并没有缩短.
换句话说，例如如果语音基本频率参数确定所选择的片段的开始 并指向值5 1/3，则形成对应的中间值5 1/3、 6 1/3、 7 1/3等等， 并只将这些值用于产生激励信号和存储在适应性电码本中.但是按照 本发明采用5 1/3、 5 2/3、 6、 6 1/3、 6 2/3等值，而这无需另外传 送信息.由此在有效利用传输容量的同时改善了质量.
尤其是可以将语音基本频率参数表示为整数N的分数.这样就将 时间间隔减小了 1/N.如果例如将N选择为-2或3，这相当于待表示的
激励信号的带宽是原来的两倍或三倍，则一个扫描值和一个中间值之
间的间隔减小为1/2或1/3.同样在N大于或等于3的情况下两个中间 值之间的间隔也减小为相同的值.
此外尤其是可以借助固定的电码本来产生激励信号.例如在固定 的电码本中存在固定的激励信号.
按照优选实施方式，所述固定电码本保存在其原来预定的带宽下 或者原来的扫描值下，而且只能用该适应性电码本来实现更大的带 宽.其优点是能特别简单地转换.
为了也能在固定电码本的情况下在原来存在的固定激励信号之间 实现中间值，可以在保持信号分量之间的时间间隔的条件下推移固定 的电码本项目.如果例如长度为4的固定电码本项目在时刻1和3时 具有信号分量，而且在时刻0、 2和4时没有信号分量或者信号分量为 0，则推移到时刻1/3至4 1/3,
可替换的，还可以在固定电码本中通过内插确定中间值.
除了固定电码本之外或者代替该固定电码本，可以将白噪声信 号、即基本上与频率无关的噪声信号用于产生激励信号.由此例如可 以省去固定电码本.这表明，由此尤其是对于语音信号来说可以保证 在接收端产生的信号具有非常令人满意的质量.
噪声信号从环境中接收或者借助噪声发生器产生.
为了例如在带宽为4kHz的窄带信号的情况下避免在这样扩大的频 率范围、即例如4到8KHz之间的频率范围中过分强调谐波结构，可以 设置用"f形成的激励信号的滤波器，尤其是在该激励信号用作合成滤 ^器的4"入信号之前.在此例如可以进行维纳FIR (有限脉冲响应)滤 波。
所提出的方法可以在具有编码单元如移动电话、PDA(个人数字助 理)、计算机或固网电话等等的通信终端设备中进行.
对应的接收器如不同通信系统之间的过渡元件、TRAU (transmission and rate adaption unit,传输和速率适应单元) 具有对应的解码单元.
合适的通信系统具有至少一个通信终端设备和一个接收器.
借助部分在附图中示出的示例性实施方式显示其它优点.附图示
出
图)1A示出产生合成信号的图IB示出为宽带解决方案产生激励信号的图2示出用于不同带宽的适应性电码本的电码本项；
图3示出在适应性电码本中的示例性带宽扩展.
具体实施例方式
在图1A中示出激励信号exc用于激励合成滤波器A(z).合成滤 波器A(z)在语音信号的情况下模拟人的声带，从而在这种情况下借助 合适的激励信号exc产生合成的声学信号AS-syn.借助比较器C将该 合成的声学信号与实际的声学信号as进行比较.然后平衡激励信号 exc，使得合成的声学信号AS-syn尽可能地近似实际的声学信号as.
在图lB示出激励信号exc的产生.为此采用多个最后为了高效地 利用带宽而传送的参数，因为这些参数的传送比传送激励信号exc需 要的传输容量要少.
在图IB中示出在宽带解决方案中激励信号exc的产生.
宽带解决方案在这种情况下理解为在接收端再现的信号的带宽大 于原来的信号，例如通过设置电码本来实现.在扩展G. 729的情况下 将带宽为4kHz的信号称为窄带信号，将带宽扩展为8kHz的信号称为 宽带信号.
为了产生激励信号而设置适应性的电码本ACB，利用该电码本表示 声学信号的谐波分量.为此该适应性电码本含有早期的激励信号 old-exc，即来自已经过去的时间帧或时间段的激励信号.从适应性电 码本ACB中选择一项是通过非整数语音基本频率参数p来进行的，该 参数通过其整数分量N* (int p)和分数部分p-f rac表示，其中N是整 数。
例如语音基本频率参数在困2中基于a)行的带宽来确定.例如为 了达到第3个扫描值而选择p-3.为了达到该扫描值，如果在扫描值 之间或中间值和中间值之间存在小N分之一的距离，即在适应性电码 本ACB中具有N倍的带宽，则需要恥p+p—frac的值.
在图2中示出在此用于不同扫描速率的激励信号exc的扫描值，
根据不同的扫描值给出4kHz的带宽(情况A) 、 8kHz的带宽(情况B) 或12kHz的带宽(情况C).各个扫描值表示为点，不同的扫描速率通 过时间轴上扫描值之间的不同时间距离来说明.
下面参照图lb.为了产生激励信号exc还设置一个固定的电码本 SCB，该固定电码本通常也称为新颖的电码本.借助对该固定电码本SCB 的参考idx—s从该固定电码本SCB中选择特定的一项.该项目通过合 适的放大系数g-s放大.由此产生的信号形成固定的激励信号exc-s.
为了获得带宽得到扩展的固定激励信号exc_s ，选择在固定电码本 中设置处于已存在的值之间的值.该中间值的数童取决于期望的带宽 扩展。该中间值设置应当通过该项目int N表示.
在图3中示出在适应性电码本ACB中采集的历史记录(历史记录 ACB)，以及当前的时间帧(实际帧).当前的时间帧一方面显示在虚 线的右侧，由此应当表达在时间轴(t)上向右继续下去的时间.另一 方面为了更好地显示，将该时间帧显示在位于适应性电码本中的扫描 值和中间值之上.
按照最初的笫一扫描频率扫描的值称为扫描值.首次的人工中间 设置值称为中间值，其首先采用0值，然后根据信号的相应新帧而采 用#0的值.在a)行中用圃困标出具有最初较小带宽的扫描值的位置，
位于其中间的值是中间值。
对于第一帧(帧l)来说适应性电码本ACB是空的，即在对应于期 望扫描速率的时刻只有零值.同时已经加入0作为中间值，从而在适 应性电码本的a)行中在已经对应于较高扫描速率的时刻具有O值.
如果笫一帧例如只以笫一扫描速率如4kHz出现，如通过当前帧在 a行中不等于0的值，但随后应当针对3倍的扫描速率如12kHz进行编 码，则相应在已存在的扫描值之间设置很多零值.这也显示在用于当 前帧的a行中
如果例如扩展为3倍的扫描速率，这相当于由此可达到的信号具 有三倍带宽，则在已存在的扫描值之间设置3-1个中间值.对于第二 帧(帧2)来说，笫一帧已经包含在适应性电码本中.借助可用于选择 每个扫描点和中间值的索引，从适应性电码本中选择合适的片段.在 适应性电码本ACB中含有数量为Ml的值，其中Ml-M0xM3， MO表示 在第一扫描速度、即例如4kHz时存在的值的个数.参照较低的笫一扫
描速率(例如4kHz)给出在语音基本频率参数p为非整数的条件下位 于原始扫描值之间的中间值.
第二帧例如通过来自适应性电码本ACB的椭圃形无棱角的片段来表示。
对于通过来自适应性电码本ACB的椭圃形无棱角的片段来表示的 第三时间帧(行D)，在适应性电码本ACB中已经存在 M)的中间值. 然后按照示出的方式建立适应性电码本.
权利要求
1.一种用于对模拟信号(AS)进行编码的方法，该信号分解为时间帧并与合成信号(AS_syn)匹配，a.其中逐个时间帧地借助由激励信号(exc)激励的合成滤波器(A(z))来形成合成信号(AS_syn)，b.采用至少一个适应性电码本(ACB)形成该激励信号(exc_p，exc)，在该电码本中存在较早的激励信号(old_exc)作为多个具有特定的扫描间隔的扫描值，c.对于当前的激励信号(exc_p，exc)，借助采取非整数值的语音基本频率参数(p)从多个扫描值中选择等于该时间帧的长度的片段，d.在语音基本频率参数(p)是非整数值的情况下，通过该语音基本频率参数(p)形成定义的、对应于该扫描值的中间值，从而减小中间值和扫描值之间的时间间隔，e.全部扫描值和中间值都用于形成激励信号(exc_p，exc)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中将所述语音基本频率参数(p ) 表示为整数N的分数，并且同样将中间值和扫描值之间的时间间隔减 'j、数字N,
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中此外采用固定的电码本 (SCB)来形成激励信号(exc).
4. 根据权利要求3所述的方法，其中中间值在所述固定电码本 (SCB)的一项中通过时间推移该固定的电码本来获得.
5. 根据权利要求3所述的方法，其中中间值通过内插所述固定电 码本的一项的信号分量来获得.
6. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中为了形成所述激励信 号(exc)还采用白噪声信号.
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述白噪声信号从环境中采 集或者借助噪声发生器产生.
8. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述中间值的形成通 过对已经存在的扫描值进行内插来进行.
9. 根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述激励信号 (exc-p， exc)借助维纳FIR滤波器来滤波.
10. —种通信发送设备，具有用于传送编码参数的发送单元，和 用于执行按照权利要求1至8中任一项所述方法的计算单元.
11. 一种接收器，具有用于接收编码参数的接收单元，和用于对 按照权利要求1至8中任一项所述方法编码的信号进行解码的计算单 元，
12. —种通信系统，具有至少一个根据权利要求9所述的通信发 送设备和一个根据权利要求10所述的接收器.
全文摘要
本发明涉及一种用于对模拟信号(AS)进行编码的方法，该信号分解为时间帧并与合成信号(AS_syn)匹配，其中逐个时间帧地借助由激励信号(exc)激励的合成滤波器(A(z))来形成合成信号(AS_syn)，采用至少一个适应性电码本(ACB)形成该激励信号(exc_p，exc)，在该电码本中存在较早的激励信号(old_exc)作为多个具有特定的扫描间隔的扫描值，对于当前的激励信号(exc_p，exc)，借助采取非整数值的语音基本频率参数(p)从多个扫描值中选择等于该时间帧的长度的片段，在语音基本频率参数(p)是非整数值的情况下，通过该语音基本频率参数(p)形成定义的、对应于该扫描值的中间值，从而减小中间值和扫描值之间的时间间隔，而且全部扫描值和中间值都用于形成激励信号(exc_p，exc)。
文档编号G10L19/09GK101099198SQ200580046048
公开日2008年1月2日 申请日期2005年12月5日 优先权日2005年1月5日
发明者S·尚德尔, W·鲍尔 申请人:西门子公司