自适应激励矢量量化装置和自适应激励矢量量化方法

专利名称：自适应激励矢量量化装置和自适应激励矢量量化方法
技术领域：
本发明涉及在CELP(Code Excited Linear Prediction,码激励线性预测)方 式的语音编码中进行自适应激励的矢量量化的自适应激励矢量量化装置和自 适应激励矢量量化方法，特别涉及在以因特网通信为代表的分组通信系统或 移动通信系统等领域中，进行语音信号的传输的语音编码/解码装置所使用 的、进行自适应激励的矢量量化的自适应激励矢量量化装置和自适应激励矢 量量化方法。
背景技术：
在数字无线通信或以因特网通信为代表的分组通信，或者语音存储等领 域中，为了实现电波等的传输路径容量或存储Jf某体的有效利用，语音信号的 编码/解码技术必不可少。特别是CELP方式的语音编码/解码技术成为主流技 术(例如，参照非专利文献l)。
CELP方式的语音编码装置，基于预先存储的语音模式(model)而对输入 语音进行编码。具体而言，CELP方式的语音编码装置将数字化后的语音信号 划分为10至20ms左右的一定时间间隔的帧，对各个帧内的语音信号进行线 性预测分析而求线性预测系数(LPC: Linear Prediction Coefficient)和线性预测 残差矢量，并分别对各个线性预测系数和线性预测残差矢量进行编码。在 CELP方式的语音编码/解码装置中，利用存储了过去生成的驱动激励信号的 自适应激励码本和存储了特定数的固定的形状的矢量(固定代码矢量)的固定 码本，对线性预测残差矢量进行了编码/解码。其中，自适应激励码本用于表 现线性预测残差矢量所具有的周期性分量，另一方面，固定码本用于表现在 线性预测残差矢量中无法由自适应激励码本表现出的非周期性分量。
另外， 一般而言，在线性预测残差矢量的编码/解码处理中，以将帧划分 为更短的时间单位(5ms至10ms左右)后的子帧为单位进行处理。在非专利文 献 2 所 i己载的 ITU國T(International Telecommunication Union -Telecommunication Standardization Sector,国际电信联盟电信标准化部门)建i义G.729中，通过将帧划分为两个子帧，并分别对两个子帧利用自适应激励码本 搜索基音周期，从而进行自适应激励的矢量量化。具体而言，利用称为"△ 延迟(ddta lag)"的方法进行自适应激励的矢量量化，该方法是在第一子帧中 从固定的范围内求基音周期，在第二子帧中从在第一子帧中求出的基音周期 的附近的范围内求基音周期的方法。这样以子帧为单位的自适应激励矢量量 化方法，能够利用比以帧为单位的自适应激励矢量量化方法高的时间分辨率， 对自适应激励矢量进行量化。
另外，在统计上第一子帧的基音周期越短，则第一子帧与第二子帧之间 的基音周期的变化量越小，相对于此，在统计上第一子帧的基音周期越长， 则第一子帧与当前子帧之间的基音周期的变化量越大，在专利文献1所记载 的自适应激励矢量量化中，利用上述性质，根据第一子帧的基音周期的长度， 自适应地切换第二子帧的基音周期的搜索范围。也就是说，在专利文献1所 记载的自适应激励矢量量化中，第一子帧的基音周期与规定的阈值相比较， 在第一子帧的基音周期小于规定的阈值时，使第二子帧的基音周期的搜索范 围更窄而进一步提高搜索的分辨率。另一方面，在第一子帧的基音周期是规 定的阈值以上时，使第二子帧的基音周期的搜索范围更宽而进一步降低搜索 的分辨率。由此，能够提高基音周期的搜索性能，提高自适应激励矢量量化 的量化精确度。
专利文献l:特开第2000-112498号公报
非专利文献l: M.R，Schroeder、 B.S.Atal著、"IEEEproc. ICASSP"、 1985、 "Code Excited Linear Prediction: High Quality Speech at Low Bit Rate"、 p.93 7-940
非专利文献2: "ITU-TRecommendation G.729", ITU-T, 1996/3， pp.17-19

发明内容
发明需要解决的问题
然而，在上述的专利文献1所记载的自适应激励矢量量化中，第一子帧 的基音周期与规定的阈值相比较，根据比较结果，第二子帧的基音周期搜索 的分辨率被决定为一种，并且与该搜索分辨率对应的搜索范围被决定为一种。 因此，例如在所述规定的阈值的附近无法利用适合的分辨率进行搜索，存在 基音周期的量化性能劣化的问题。具体而言，例如，将所述规定的阈值设为39，在第一子帧的基音周期是39以下时，在第二子帧中利用三分之一精确度 的分辨率对基音周期进行搜索，而在第一子帧的基音周期是40以上时，在第 二子帧中利用二分之一精确度的分辨率对基音周期进行搜索。在这样指定的 基音周期搜索方法中，在第一子帧的基音周期是39时，第二子帧的基音周期 搜索的分辨率被决定为三分之一精确度的一种，所以即使对第二子帧中的基 音周期搜索范围的40以上的区间，二分之一精确度的搜索较为适合的情况， 也必须利用三分之一精确度进行搜索。另外，在第一子帧的基音周期是40时， 第二子帧的基音周期搜索的分辨率被决定为二分之一精确度的一种，所以即 使对第二子帧中的基音周期搜索范围的39以下的区间，三分之一精确度的搜 索较为适合的情况，也必须利用二分之一精确度进行搜索。
本发明的目的在于，提供在利用了第二子帧的基音周期搜索的范围和分 辨率根据第一子帧的基音周期自适应地变化那样的基音周期搜索范围设定方
法时，能够在第二子帧的基音周期搜索范围的任一个区间中也总是利用适合 的分辨率进行基音周期搜索，从而能够提高基音周期的量化性能的、自适应 激励矢量量化装置和自适应激励矢量量化方法。 解决问题的方案
本发明的自适应激励矢量量化装置在将帧进行划分所得的两个子帧中， 对第一子帧在固定的范围内搜索基音周期，对第二子帧从在所述第一子帧求 得的基音周期的附近的范围内搜索基音周期，并将该搜索出的基音周期的信 息作为量化数据，该自适应激励矢量量化装置所采用的结构包括第一基音 周期搜索单元，将规定的阈值作为边界而使分辨率变化，以搜索所述第一子 帧的基音周期；计算单元，基于在所述第一子帧求得的基音周期和所述阈值， 计算所述第二子帧的基音周期搜索范围；以及第二基音周期搜索单元，在所
述基音周期搜索范围中，将所述阔值作为边界而使分辨率变化，以搜索所述 第二子帧的基音周期。
本发明的自适应矢量量化方法用于在将帧进行划分所得的两个子帧中， 对第一子帧在固定的范围内搜索基音周期，对第二子帧从在所述第一子帧求 得的基音周期的附近的范围内搜索基音周期，并将该搜索出的基音周期的信 息作为量化数据，该自适应激励矢量量化方法包括第一基音周期搜索步骤， 将规定的阈值作为边界而使分辨率变化，以搜索所述第一子帧的基音周期； 计算步骤，基于在所述第一子帧求得的基音周期和所述阈值，计算所述第二子帧的基音周期搜索范围；以及第二基音周期搜索步骤，在所述基音周期搜 索范围中，将所述阈值作为边界而使分辨率变化，以搜索所述第二子帧的基 音周期。
发明的效果
根据本发明，在利用了第二子帧的基音周期搜索的范围和分辨率根据第 一子帧的基音周期自适应地变化那样的基音周期搜索范围设定方法时，能够 在第二子帧的基音周期搜索范围的任一个区间中也总是利用适合的分辨率进
行基音周期搜索，从而能够提高基音周期的量化性能。并且，作为其结果， 能够削减在生成分数精确度的自适应激励矢量时所需的插值滤波器的数目， 所以也能够节省存储器。


图1是表示本发明的一个实施方式的自适应激励矢量量化装置的主要结 构的方框图。
图2是表示本发明的一个实施方式的自适应激励码本所具备的驱动激励的图。
图3是表示本发明的一个实施方式的基音周期指示单元内部的结构的方 框图。
图4是用于说明现有技术的称为"A延迟"的基音周期搜索方法的图。 图5是表示一例本发明的一个实施方式的搜索范围计算单元中计算出第
二子帧用的基音周期搜索范围和基音周期搜索分辨率的结果的图。
图6是表示本发明的一个实施方式的搜索范围计算单元中计算第二子帧
用的基音周期搜索范围和基音周期搜索分辨率的步骤的流程图。 图7是用于说明现有技术的基音周期搜索方法的效果的图。 图8是表示本发明的一个实施方式的自适应激励矢量反量化装置的主要
结构的方框图。
具体实施例方式
在本发明的一个实施方式中，以下述情况为例，即在包含自适应激励矢 量量化装置的CELP语音编码装置中，将构成16kHz的语音信号的各个帧分 别划分为两个子帧，并对各个子帧进行线性预测分析而求每个子帧的线性预测系数和线性预测残差矢量。这里，设帧的长度为n,子帧的长度为m，将 帧划分为两个而构成两个子帧，因此i^mx2成立。另外，在本实施方式中， 以下述情况为例，即利用8比特对通过上述的线性预测分析而获得的第一子 帧的线性预测残差矢量进行基音周期搜索，而利用4比特对第二子帧的线性 预测残差矢量进行基音周期搜索。
以下，参照附图详细地-沈明本发明的一个实施方式。
图1是表示本发明的一个实施方式的自适应激励矢量量化装置100的主 要结构的方框图。
在图1中，自适应激励矢量量化装置100包括基音周期指示单元101、 自适应激励码本102、自适应激励矢量生成单元103、合成滤波器104、评价 尺度计算单元105、评价尺度比较单元106、以及基音周期存储单元107，对 每个子帧输入子帧索引、线性预测系数、以及目标矢量。其中，子帧索引表 示由包含本实施方式的自适应激励矢量量化装置100的CELP语音编码装置 获得的各个子帧在帧内处于第几子帧，而线性预测系数和目标矢量表示由 CELP语音编码装置对各个子帧进行线性预测分析而求得的每个子帧的线性 预测系数和线性预测残差(激励信号)矢量。作为线性预测系数，利用LPC参 数或作为能够与LPC参数一对一地相互变换的频域的参数的LSF(线谱频率 Line Spectrum Frequency或Line Spectral Frequency)参数、LSP(线语对Line Spectrum Pair或Line Spectral Pair)参数等。
基音周期指示单元101基于对每个子帧输入的子帧索引和由基音周期存 储单元107输入的第一子帧的基音周期，计算基音周期搜索范围和基音周期 分辨率，并将计算出的基音周期搜索范围内的基音周期候补依序指示给自适 应激励矢量生成单元103。
自适应激励码本102内置了存储驱动激励的緩沖器，在每次以子帧为单 位的基音周期搜索结束时，都利用由评价尺度比较单元106反馈的基音周期 索引IDX更新驱动激励。
自适应激励矢量生成单元103从自适应激励码本102中截取相当于子帧 长度m的、由基音周期指示单元101指示的具有基音周期候补的自适应激励 矢量，并将其输出到评价尺度计算单元105。
合成滤波器104利用对每个子帧输入的线性预测系数构成合成滤波器，出到评价尺度计算单元105。
评价尺度计算单元105利用由自适应激励矢量生成单元103输入的自适 应激励矢量、由合成滤波器104输入的脉冲响应矩阵、以及对每个帧输入的 目标矢量，计算基音周期搜索用的评价尺度，并将其输出到评价尺度比较单 元106。
评价尺度比较单元106基于对每个帧输入的子帧索引，求在各个子帧中 由评价尺度计算单元105输入的评价尺度最大时的基音周期候补作为对应的 子帧的基音周期，将表示求得的基音周期的基音周期索引IDX输出到外部， 并且将其反馈给自适应激励码本102。另外，评价尺度比较单元106将第一 子帧的基音周期输出到外部和自适应激励码本102，并且还输出到基音周期 存储单元107。
基音周期存储单元107存储由评价尺度比较单元106输入的第一子帧的 基音周期，并在对每个子帧输入的子帧索引表示第二子帧时，将所存储的第 一子帧的基音周期输出到基音周期指示单元101。
自适应激励矢量量化装置100的各个单元进行以下动作。
在对每个子帧输入的子帧索引表示第一子帧时，基音周期指示单元101 将具有预先设定的基音周期分辨率的、预先设定的基音周期搜索范围的第一 子帧用的基音周期候补T依序指示给自适应激励矢量生成单元103。另外， 在对每个子帧输入的子帧索引表示第二子帧时，基音周期指示单元101基于 由基音周期存储单元107输入的第一子帧的基音周期，计算第二子帧用的基 音周期搜索范围和基音周期分辨率，并将计算出的基音周期搜索范围内的第 二子帧用的基音周期候补T依序指示给自适应激励矢量生成单元103。另夕卜， 将在后面叙述基音周期指示单元101内部的结构和具体动作。
自适应激励码本102内置了存储驱动激励的緩沖器，在每次以子帧为单 位的基音周期搜索结束时，都利用由评价尺度比较单元106反馈的基音周期 索引IDX所示的、具有基音周期T，的自适应激励矢量，更新驱动激励。
自适应激励矢量生成单元103从自适应激励码本102中截取相当于子帧 长度m的、由基音周期指示单元101指示的具有基音周期候补T的自适应激 励矢量，并将其输出到评价尺度计算单元105作为自适应激励矢量P(T)。例
如，在自适应激励码本102由以exc(O)、 exc(l).....exc(e-l)表示为矢量元素
的、具有e的长度的矢量构成时，自适应激励矢量生成单元103所生成的自适应激励矢量P(T)由下式(1 )表示, exc(e - T +1)
<formula>formula see original document page 9</formula>
图2是表示自适应激励码本102所具备的驱动激励的图。 在图2中，e表示驱动激励121的长度，m表示自适应激励矢量P(T)的 长度，T表示由基音周期指示单元101指示的基音周期候补。如图2所示， 自适应激励矢量生成单元103将从驱动激励121(自适应激励码本102)的末端 (e的位置)离开了相当于T的位置作为起点，从此向末端e的方向截取子帧长 度m的部分122，从而生成自适应激励矢量P(T)。这里，在T的值小于m时， 自适应激励矢量生成单元103复制(repeat)截取后的区间补充到子帧长度m为 止即可。另外，自适应激励矢量生成单元103对由基音周期指示单元101指 示的搜索范围内的所有的T重复进行由上式(l)表示的截取处理。
合成滤波器104利用对每个子帧输入的线性预测系凄t构成合成滤波器。 然后，在对每个子桢输入的子帧索引表示第一子帧时，合成滤波器104生成 由下式(2)表示的脉沖响应矩阵，另一方面，在子帧索引表示第二子帧时，合 成滤波器104生成由下式(3)表示的脉沖响应矩阵，并将所生成的脉沖响应矩 阵输出到评价尺度计算单元105。<formula>formula see original document page 9</formula>
如式(2)和式(3)所示，对子帧索引表示第 一子帧时的脉沖响应矩阵H以及 子帧索引表示第二子帧时的脉冲响应矩阵H ahead都仅求出相当于子帧长度m。
在对每个子帧输入的子帧索引表示第一子帧时，评价尺度计算单元105 输入由下式(4)表示的目标矢量X，同时由合成滤波器104输入脉沖响应矩阵H,根据下式(5)计算基音周期搜索用的评价尺度Dist(T)，并将其输出到评价 尺度比较单元106。另外，在对每个子帧输入到自适应激励矢量量化装置100 的子帧索引表示第二子帧时，评价尺度计算单元105输入由下式(6)表示的目 标矢量X一ahead，同时由合成滤波器104输入脉冲响应矩阵H一ahead,并根据 下式(7)计算基音周期搜索用的评价尺度Dist(T),将其输出到评价尺度比较单 元106。<formula>formula see original document page 10</formula>如式(5)和式(7)所示，评价尺度计算单元105求再现矢量与目标矢量X 或X一ahead之间的均方误差作为评价尺度，所述再现矢量是通过巻积由合成 滤波器104生成的脉沖响应矩阵H或H一ahead与由自适应激励矢量生成单元 103生成的自适应激励矢量P(T)而获得的矢量。另外， 一般而言，在评价尺 度计算单元105中计算评价尺度Dist(T)时，利用通过将脉冲响应矩阵H或 H一ahead与CELP语音编码装置所包含的听觉加权滤波器的脉沖响应矩阵W 相乘所获得的矩阵H，(-HxW)或H，_ahead(=H_aheadxW)，代替上述的式(5)或 式(7)中的脉冲响应矩阵H或H一ahead。但是，在以下的说明中，不区分H或 H—ahead与H'或H，—ahead, "i己载为H或H—ahead。
评价尺度比较单元106基于对每个子帧输入的子帧索引，求在各个子帧 中由评价尺度计算单元105输入的评价尺度Dist(T)最大时的基音周期候补T
作为各个子帧的基音周期。然后，评价尺度比较单元106将表示求得的基音
曰
周期T，的基音周期索引IDX输出到外部，并且输出到自适应激励码本102。 另外，评价尺度比较单元106对从评价尺度计算单元105输入的评价尺度 Dist(T)中与第二子帧对应的所有的评价尺度Dist(T)进行比较。然后，评价尺 度比较单元106求其中的、与最大的评价尺度Dist(T)对应的基音周期T，作为 最佳基音周期，将表示求得的基音周期T，的基音周期索引IDX输出到外部， 并且输出到自适应激励码本102。另外，评价尺度比较单元106将第一子帧的基音周期T，输出到外部和自适应激励码本102,并且还输出到基音周期存 储单元107。
图3是表示本实施方式的基音周期指示单元101内部的结构的方框图。
基音周期指示单元101包括第一基音周期指示单元111、搜索范围计 算单元112、以及第二基音周期指示单元113。
在对每个子帧输入的子帧索引表示第一子帧时，第一基音周期指示单元 111将第一子帧用的基音周期搜索范围内的基音周期候补T依序指示给自适 应激励矢量生成单元103。这里，预先设定了第一子帧用的基音周期搜索范 围，也预先设定了搜索分辨率。例如，在自适应激励矢量量化装置100对第 一子帧利用整数精确度搜索从39至237为止的基音周期的范围，并利用三分 之一精确度搜索从20至38+2/3为止的基音周期的范围时，第一基音周期指
示单元111将基音周期T=20、 20+1/3、 20+2/3、 21、 21+1/3..... 38+2/3、
39、 40、 41..... 237依序指示给自适应激励矢量生成单元103。
在对每个子帧输入的子帧索引表示第二子帧时，搜索范围计算单元112 在利用了基于由基音周期存储单元107输入的第一子帧的基音周期T，的"△ 延迟"的基音周期搜索方法的^4上，进而计算第二子帧用的基音周期搜索 范围，以将规定的基音周期作为边界而使搜索分辨率转移，并将其输出到第 二基音周期指示单元113。
第二基音周期指示单元113将由搜索范围计算单元112计算出的搜索范 围内的基音周期候补T依序指示给自适应激励矢量生成单元103。
这里，举例来进一步详细地说明将第一子帧的基音周期的前后的部分作 为第二子帧中的基音周期搜索的候补的、"A延迟"的基音周期搜索方法。例 如，对第二子帧利用三分之一精确度搜索第一子帧的基音周期T，的整数分量 (T，jnt)的前后的、从T，—int-2+1/3至T，—int+1+2/3为止的基音周期范围，并 利用整数精确度搜索从T，—int-3至T，—int-2为止以及从T，—int+2至T，—int+4 为止的基音周期的范围时，将T=T，—int-3、 T，—int-2、 T，—int-2+1/3、 T，—int-2+2/3、 T，_int-1、 T，—int-l+l/3、…、T，_int+l+l/3、 T，—int+l+2/3、 T，—int+2、 T，一int+3、 T，一int+4依序指示给自适应激励矢量生成单元103作为第二子帧的基音周期 候补T。
图4是表示用于说明上述称为"A延迟"的基音周期搜索方法的更详细 的例子的图。图4的(a)表示第一子帧的基音周期搜索范围，图4的(b)表示第二子帧的基音周期搜索范围。在图4所示的例子中，利用从20至237为止的 256种(8比特)候补、即从39至237为止的整数精确度的199个候补与从20 至38+2/3为止的三分之一精确度的57个候补的合计，搜索基音周期。搜索 的结果，例如在"37"被决定为第一子帧的基音周期T，时，适用"A延迟" 的基音周期搜索方法，在第二子帧中，利用从T，—int-3=37-3=34至 T，—int+4=37+4=41为止的16种(4比特)候补搜索基音周期。
图5是表示一例在本实施方式的搜索范围计算单元112中计算出第二子 帧用的基音周期搜索范围，以将规定的基音周期"39"作为边界而使搜索分 辨率转移的结果的图。如图5所示，在本实施方式中，T，一int越小，使第二 子帧的基音周期搜索分辨率越高，从而使基音周期搜索范围狭窄。例如，在 T，—int小于作为第一阈值的"38"时，利用三分之一精确度搜索从T，—int-2 至T，_int+2为止的范围，并设利用整数精确度进行基音周期搜索的范围为从 T，jnt-3至T，_int+4为止。相对于此，在T，—int大于作为第二阈值的"40" 时，利用二分之一精确度搜索从T，—int-2至T，—int+2为止的范围，并设利用 整数精确度进行基音周期搜索的范围为从T，jnt-5至T， jnt+6为止。这里， 用于第二子帧的基音周期搜索的比特数已被决定，所以搜索分辨率越高则搜 索范围越窄，另一方面，搜索分辨率越低则搜索范围越宽。另外，如图5所 示，在本实施方式中，将分数精确度的搜索范围固定为从TO—int-2至TO—int+2 为止的范围，并将第三阈值即"39"作为边界而使搜索分辨率从二分之一精 确度转移到三分之一精确度。另外，如根据图5和图4的(a)可知，在本实施 方式中，根据第一子帧的基音周期搜索分辨率计算第二子帧的基音周期搜索 范围，无论是第一子帧还是第二子帧，总是利用一定的搜索分辨率对规定的 基音周期进行搜索。
图6是表示在搜索范围计算单元112中计算如图5所示的第二子帧用的 基音周期搜索范围的步骤的流程图。
在图6中，S—ilag和E一ilag表示整数精确度的搜索范围的起点和终点， S_dlag和E_dlag表示二分之一精确度的搜索范围的起点和终点，S__tlag和 E_tlag表示三分之一精确度的搜索范围的起点和终点。这里，二分之一精确 度的搜索范围和三分之一精确度的搜索范围包含在整数精确度的搜索范围 中。也就是说，整数精确度的搜索范围是第二子帧的基音周期搜索范围的整 个范围，在从该搜索范围的整个范围中去除了分数精确度的搜索范围的部分进行整数精确度的基音周期搜索。
在图6中，步骤(ST)1010至ST1090表示用于计算整数精确度的搜索范 围的步骤，ST1100至ST1130表示用于计算三分之一精确度的搜索范围的步 骤，ST1140至ST1170表示用于计算二分之一精确度的搜索范围的步骤。
更具体而言，搜索范围计算单元112将第一子帧的基音周期T，的整数分 量T，—int的值与三个阈值"38"、 "39"和"40"相比较，在T，—int<38时(ST1010: "是")，将T，jnt-3设定为整数精确度搜索范围的起点S—ilag，并将S_ilag+7 设定为整数精确度搜索范围的终点E一ilag(ST1020)。另外，在T，_int=38时 (ST1030:."是")，搜索范围计算单元112将T，—int-4设定为整数精确度搜索 范围的起点Sjlag,并将S—ilag+8设定为整数精确度搜索范围的终点 E一ilag(ST1040)。另外，在T，—int=39时(ST1050:"是"),搜索范围计算单元 112将T，—int-4设定为整数精确度搜索范围的起点S—ilag,并将S—ilag+9设定 为整数精确度搜索范围的终点E—ilag(ST1060)。接着，在T，—int=40时(ST1070: "是")，搜索范围计算单元112将T，一int-5设定为整数精确度搜索范围的起 点S—ilag，并将Sjlag+10设定为整数精确度搜索范围的终点Ejlag(ST1080)。 接着，在不是T，—int=40时(ST1070:"否")、即在T，_int>40时，搜索范围计 算单元112将T，—int-5设定为整数精确度搜索范围的起点S一ilag,并将 S_ilag+ll设定为整数精确度搜索范围的终点Ejlag(ST1090)。如上所述，在 本实施方式中，第一子帧的基音周期T，越长，则使第二子帧的整数精确度的 基音周期搜索范围、即第二子帧的基音周期搜索的整个范围越宽。
接着，搜索范围计算单元112将T，_int与第四阈值"41"相比较，在 T，—int<41时(ST1100:"是")，将T，—int-2设定为三分之一精确度的搜索范围 的起点S—tlag，并将S—tlag+3设定为三分之一精确度的搜索范围的终点 E_tlag(ST1110)。接着，在三分之一精确度的搜索范围的终点E_tlag大于"38" 时(ST1120:"是")，搜索范围计算单元112将"38"设定为三分之一精确度 的搜索范围的终点E—tlag(ST1130)。接着，在T，—int大于第五阈值"37"时 (ST1140:"是")，搜索范围计算单元112将T，—int+2设定为二分之一精确度 的搜索范围的终点E一dlag,并将E_dlag-3设定为二分之一精确度的搜索范围 的起点S—dlag(ST1150)。接着，在二分之一精确度的搜索范围的起点S一dlag 小于"39"时(ST1160:"是")，搜索范围计算单元112将"39"设定为二分 之一精确度的搜索范围的起点S_dlag(ST1170)。搜索范围计算单元112只要根据上述的图6所示的步骤计算搜索范围， 则能够获得如图5所示的第二子帧的基音周期搜索范围。以下，将利用由搜 索范围计算单元112计算出的基音周期搜索范围进行第二子帧的基音周期搜 索的方法，与上述的专利文献1所记载的基音周期搜索方法相比较。
图7是用于说明专利文献1所记载的基音周期搜索方法的效果的图。 在图7中，表示第二子帧的基音周期搜索范围，如图7所示，在专利文 献1所记载的基音周期搜索方法中，将第一子帧的基音周期T，的整数分量 T，—int与阈值"39"相比较，在为"39"以下时，设从T，—int-3至T，—int+4 的范围为整数精确度搜索范围，并设在该整数精确度搜索范围中包含的、从 T，—int-2至T，—int+2的范围为三分之一精确度的搜索范围。另外，在T，jnt 大于阈值"39"时，设从T，jnt-4至T，一int+5的范围为整数精确度搜索范围， 并设在该整数精确度搜索范围中包含的、从T，jnt-3至T，一int+3的范围为二 分之一精确度的搜索范围。
通过比较图7与图5可知，专利文献1所记载的基音周期搜索方法也与 本实施方式的基音周期搜索方法同样，能够根据第一子帧的基音周期T，的整 数分量T，一int的值，改变第二子帧的基音周期搜索范围和基音周期搜索分辨 率，但无法将规定的阈值、例如"39"作为边界而使基音周期搜索的分辨率 转移。因此，无法总是利用一定的分数精确度分辨率对规定的基音周期进行 基音周期搜索。相对于此，在本实施方式中，例如能够总是利用二分之一精 确度对"39"以下的基音周期进行搜索，能够削减在生成分数精确度的自适 应激励矢量时所需的插值滤波器的数目。
以上，说明了本实施方式的自适应激励矢量量化装置100的结构和动作。 包含自适应激励矢量量化装置100的CELP语音编码装置，将由评价尺 度比较单元106生成的、包含基音周期索引IDX的语音编码信息发送到包含 本实施方式的自适应激励矢量反量化装置的CELP解码装置。CELP解码装置 对接收到的语音编码信息进行解码而获得基音周期索引IDX,并将其输出到 本实施方式的自适应激励矢量反量化装置。另外，在CELP解码装置中的语 音解码处理也与CELP语音编码装置中的语音编码处理同样地以子帧为单位 进行，CELP解码装置将子帧索引输出到本实施方式的自适应激励矢量反量化 装置。
图8是表示本实施方式的自适应激励矢量反量化装置200的主要结构的方框图。
在图8中，自适应激励矢量反量化装置200包括:基音周期判定单元201、 基音周期存储单元202、自适应激励码本203、以及自适应激励矢量生成单元 204，输入由CELP语音解码装置生成的子帧索引和基音周期索引IDX。
在子帧索引表示第一子帧时，基音周期判定单元201将与所输入的基音 周期索引IDX对应的基音周期T，输出到基音周期存储单元202、自适应激励 码本203和自适应激励矢量生成单元204。另外，在子帧索引表示第二子帧 时，基音周期判定单元201读出基音周期存储单元202所存储的基音周期T，， 并将其输出到自适应激励码本203和自适应激励矢量生成单元204。
基音周期存储单元202存储由基音周期判定单元201输入的第一子帧的 基音周期T，，并在第二子帧的处理中通过基音周期判定单元201读出该基音 周期T'。
自适应激励码本203内置了用于存储与自适应激励矢量量化装置100的 自适应激励码本102所具备的驱动激励同样的驱动激励的緩冲器，并在每次 每个子帧的自适应激励解码处理结束时，利用由基音周期判定单元201输入 的、具有基音周期T，的自适应激励矢量，更新驱动激励。
自适应激励矢量生成单元204从自适应激励码本203中截取相当于子帧
长度m的、由基音周期判定单元201输入的具有基音周期T，的自适应激励矢
量P，(T，)，并将其作为每个子帧的自适应激励矢量输出。由自适应激励矢量
生成单元204生成的自适应激励矢量P，(T，)由下式(8)表示。<formula>formula see original document page 15</formula>这样，根据本实施方式，即使利用了根据第一子帧的基音周期计算第二 子帧的基音周期搜索范围的基音周期搜索范围设定方法时，也通过将规定的 阈值作为边界而切换基音周期搜索的分辨率，能够总是利用 一定的分数精确 度分辨率对规定的基音周期进行搜索，从而能够提高基音周期的量化性能。 然后，作为其结果，能够削减在生成分数精确度的自适应激励矢量时所需的 插值滤波器的数目，所以也能够节省存储器。
另外，在本实施方式中，举例说明了将线性预测残差矢量作为输入，并利用自适应激励码本搜索线性预测残差矢量的基音周期的情况。但是，本发 明并不限定于此，也可以将语音信号本身作为输入，并直接搜索语音信号本 身的基音周期。
另外，在本实施方式中，说明了作为基音周期的候补，采用从"20"至 "237"为止的范围的例子。但是，本发明并不限定于此，也可以将其他的范 围作为基音周期的候补。
另夕卜，在本实施方式中，以在包含自适应激励矢量量化装置100的CELP 语音编码装置中，将一个帧划分为两个子帧而对各个子帧进行线性预测分析 为前提进行了说明。但是，本发明并不限定于此，也能够以在CELP方式的 语音编码装置中，将一个帧划分为三个以上的子帧而对各个子帧进行线性预 测分析为前4^。
本发明的自适应激励矢量量化装置和自适应激励矢量反量化装置能够装 载于进行语音传输的移动通信系统的通信终端装置中，由此能够提供具有与 上述同样的作用效果的通信终端装置。
另外，这里，举例说明了由硬件构成本发明的情况，但本发明也可以由
软件实现。例如，通过编程语言对本发明的自适应激励矢量量化方法的算法 进行记述，将该步骤存储在存储器中并通过信息处理单元来实行，从而能够 实现与本发明的自适应激励矢量量化装置和自适应激励矢量反量化装置同样 的功能。
此外，上述实施方式的说明中使用的各功能块作为典型的集成电路的 LSI来实现。这些块既可是每个块分别集成到一个芯片，或者可以是部分或 所有块集成到一个芯片。
另夕卜，虽然在此称作LSI,但根据集成度的不同也可以称为IC、系统LSI、 超大LSI(Super LSI)以及特大LSI(Ultra LSI)等。
另外，集成电路化的技术并不限于LSI，也可以使用专用电路或通用处 理器来实现。也可以利用在LSI制造后能够编程的FPGA( Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)，或可以利用可对LSI内部的电路块的连接 或i殳定进4亍重构的可重构处理器(Reconfigurable Processor )。
再有，如果随着半导体技术的进步或者其他技术的派生，出现了替换LSI 的集成电路化的技术，当然也可以利用该技术来实现功能块的集成化。还存 在着适用生物技术等的可能性。2007年3月2日提交的特愿第2007-053529号的日本专利申请中所包含 的说明书、附图及说明书摘要公开的内容全部引用于本申请。
工业实用性
本发明的自适应激励矢量量化装置、自适应激励矢量反量化装置和这些 方法能够适用于语音编码和语音解码等的用途。
权利要求
1.自适应激励矢量量化装置，在将帧进行划分所得的两个子帧中，对第一子帧在固定的范围内搜索基音周期，对第二子帧从在所述第一子帧求得的基音周期的附近的范围内搜索基音周期，并将该搜索出的基音周期的信息作为量化数据，所述自适应激励矢量量化装置包括第一基音周期搜索单元，将规定的阈值作为边界而使分辨率变化，以搜索所述第一子帧的基音周期；计算单元，基于在所述第一子帧求得的基音周期和所述阈值，计算所述第二子帧的基音周期搜索范围；以及第二基音周期搜索单元，在所述基音周期搜索范围中，将所述阈值作为边界而使分辨率变化，以搜索所述第二子帧的基音周期。
2. 自适应激励矢量量化方法，用于在将帧进行划分所得的两个子帧中， 对第一子帧在固定的范围内搜索基音周期，对第二子帧从在所述第一子帧求 得的基音周期的附近的范围内搜索基音周期，并将该搜索出的基音周期的信 息作为量化数据，所述自适应激励矢量量化方法包括第一基音周期搜索步骤，将规定的阈值作为边界而使分辨率变化，以搜 索所述第一子帧的基音周期；计算步骤，基于在所述第一子帧求得的基音周期和所述阈值，计算所述 第二子帧的基音周期搜索范围；以及第二基音周期搜索步骤，在所述基音周期搜索范围中，将所述阈值作为 边界而使分辨率变化，以搜索所述第二子帧的基音周期。
全文摘要
公开了在第二子帧的基音周期搜索的范围根据第一子帧的基音周期基音变化时，能够在第二子帧的基音周期搜索范围的任一个区间中也总是利用适合的分辨率进行基音周期搜索的自适应激励矢量量化装置。在该装置中，第一基音周期指示单元(111)将规定的基音周期候补作为边界从而依序指示将搜索分辨率转移的规定的搜索范围内的基音周期搜索候补用于第一子帧；搜索范围计算单元(112)计算规定范围作为用于第二子帧的基音周期搜索范围，所述规定范围是包含在用于第一子帧的基音周期搜索范围中、并且是第一子帧的基音周期前后的规定范围，而且是在包含上述规定的基音周期搜索候补时搜索分辨率以该规定的基音周期搜索候补作为边界而转移的规定范围；第二基音周期指示单元(113)依序指示用于第二子帧的搜索范围内的基音周期搜索候补。
文档编号G10L19/02GK101622664SQ20088000675
公开日2010年1月6日 申请日期2008年2月29日 优先权日2007年3月2日
发明者佐藤薰, 森井利幸 申请人:松下电器产业株式会社