可伸缩性编码装置、可伸缩性解码装置、可伸缩性编码方法、可伸缩性解码方法、通信终端...的制作方法

专利名称：可伸缩性编码装置、可伸缩性解码装置、可伸缩性编码方法、可伸缩性解码方法、通信终端 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在移动通信系统或使用因特网协议的分组通信系统进行语音通信时所使用的通信终端装置和基站装置，以及安装在这些装置中的可伸缩性编码装置、可伸缩性解码装置、可伸缩性编码方法以及可伸缩性解码方法。
背景技术：
在像VoIP(Voice over IP)等使用分组的语音通信中，对于语音数据的编码，人们希求对帧丢失具有抗性的编码系统。这是因为在以因特网通信为代表的分组通信中，有时因拥塞等而使得分组在传输路径上丢失。
一种用于提高对帧丢失的抗性的方法为当传输信息的一部分丢失时，通过解码其他的部分来尽量减少帧丢失的影响(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，公开了使用可伸缩性编码来将核心层编码信息和增强层的编码信息装入不同的分组进行传输的方法。另外，作为分组通信的应用，可举出使用混有宽的线路(宽频线路)和窄的线路(传输速率低的线路)的网络的组播通信(一对多的通信)。即使在上述不均匀的网络上进行多地点间的通信的情况，可伸缩性编码也是有效的，因为只要对应各个网络使编码信息分层化，就没有必要对每个网络发送不同的编码信息，因此。
例如由专利文献2公开的技术，即，以能够对语音信号进行高效编码的CELP(Code Excited Linear Prediction，代码激励线性预测)系统为基础，并且在信号带宽上，也就是频率轴方向具有扩展性(scalability)的频带可伸缩性编码技术。在专利文献2中，公开了以LSP(Line Spectrum Pair，线谱对)参数表示语音信号的频谱包络信息的CELP系统的例子。在此，通过使用下面的等式(1)，将用于窄带语音的编码单元(核心层)获得的量化LSP参数(窄带编码LSP)变换为用于宽带语音编码的LSP参数，并由用于宽带语音的编码单元(增强层)使用经变换的LSP参数，由此创建带宽可伸缩性的LSP编码方法。
fw(i)＝0.5×fn(i)(其中，i＝0，…，Pn-1)＝0.0(其中，i＝Pn，…，Pw-1) (等式1)并且，fw(i)表示宽带信号中i维(degree)的LSP参数，fn(i)表示窄带信号中i维的LSP参数，Pn表示窄带信号的LSP分析维数(order)，Pw表示宽带信号的LSP分析维数。LSP也被称为LSF(Line Spectral Frequency，线谱频率)。
日本专利申请特开2003-241799号公报[专利文献2]日本专利申请特开平11-30997号公报发明内容发明需要解决的问题但是，在专利文献2之中，因为只是简单地将通过窄带语音编码得到的量化LSP参数(窄带LSP)乘以一个常数，并用于对宽带信号预测LSP参数(宽带LSP)，所以很难说该方法最大限度地有效利用了窄带LSP的信息，根据等式(1)而设计的宽带LSP编码器的量化效率和其它编码性能也不够充分。
本发明旨在提供能够实现高量化效率的、高性能的频带可伸缩性LSP编码的可伸缩性编码装置以及可伸缩性解码装置等。
解决该问题的方案为了解决上述问题，本发明涉及的可伸缩性编码装置通过利用窄带的量化LSP参数进行宽带的LSP参数的预测量化，该装置包括预加重单元，对量化窄带LSP参数进行预加重，其中，将经预加重处理的所述量化窄带LSP参数用于所述预测量化。
另外，本发明涉及的可伸缩性解码装置通过利用窄带的量化LSP参数解码宽带的LSP参数，该装置包括预加重单元，对经解码处理的量化窄带LSP参数进行预加重，其中，将经预加重处理的所述量化窄带LSP参数用于所述宽带的LSP参数的解码。
另外，本发明涉及的可伸缩性编码方法通过利用窄带的量化LSP参数进行宽带的LSP参数的预测量化，该方法包括预加重步骤，对量化窄带LSP参数进行预加重；以及，量化步骤，利用经预加重处理的所述量化窄带LSP参数进行所述预测量化。
另外，本发明涉及的可伸缩性解码方法通过利用窄带的量化LSP参数解码宽带的LSP参数，该方法包括预加重步骤，对经解码处理的量化窄带LSP参数进行预加重，以及，LSP参数解码步骤，利用经预加重处理的所述量化窄带LSP参数进行所述宽带的LSP参数的解码。
发明的有益效果根据本发明，通过对窄带LSP实施预加重处理，在窄带信号的分析时不使用预加重，而在宽带信号的分析时使用预加重的结构的可伸缩性编码装置中，能利用窄带LSP高性能地进行预测量化。
另外，根据本发明，利用窄带LSP的信息对宽带LSP参数自适应编码，由此能够实现量化效率高的高性能的频带可伸缩性LSP编码。
进一步，根据本发明，在宽带LSP参数的编码中，首先对宽带LSP参数进行级别分类，再选择对应于分类的级别的子码本，进一步使用选择出的子码本进行多级的向量量化。因此能够在编码数据上高精度地反映源信号的特征，并且能够抑制具有这些子码本的多级向量量化码本的存储量。


图1是表示将宽带和窄带的LSP参数的例子对于每个帧编号(framenumber)进行标绘的图；图2是表示实施例1的可伸缩性编码装置的主要结构的方框图；图3是表示实施例1的分类器的主要结构的方框图；图4是表示实施例1的可伸缩性解码装置的主要结构的方框图；图5是表示实施例2的分类器的主要结构的方框图；图6是表示实施例3的可伸缩性语音编码装置的主要结构的方框图；图7是表示实施例3的可伸缩性语音解码装置的主要结构的方框图；图8是表示实施例3的LPC量化单元(WB)的主要结构的方框图；图9是表示实施例3的LPC解码单元(WB)的主要结构的方框图；图10是表示实施例3的预加重单元的处理步骤的示例的流程图；图11是表示实施例4的可伸缩性编码装置的主要结构的方框图；以及图12是表示实施例4的可伸缩性解码装置的主要结构的方框图。
具体实施例图1为用帧编号将第16维(order)的宽带LSP(从宽带信号求出第16维的LSP，图1的左侧)和第8维的窄带LSP(从窄带信号计算并通过等式(1)变换得到第8维的LSP，图1的右侧。)在横轴上进行标绘的图。在这些图中，横轴代表时间(分析帧编号)，纵轴为归一化频率(以1.0作为奈奎斯特频率，在图中的例子为8kHz)。
这些图意味着第一，通过等式(1)得到的LSP并不需要以高精度近似的，而是作为宽带LSP的低端的第8维近似比较妥当。第二，因为窄带信号的信号分量在3.4kHz附近分量消失(衰落)了，所以当宽带LSP在归一化频率0.5附近时，所对应的窄带LSP在3.4kHz附近被消波，并且通过等式(1)得到的近似值的误差会变大。相反，当窄带LSP的第8个的元素在3.4kHz附近时，宽带LSP的第8个元素存在于3.4kHz或3.4kHz以上的频率的可能性较大，类似这样能够在一定程度上从窄带LSP来预测宽带LSP的特征。
也就是，可以考虑为当(1)窄带LSP基本上表现了宽带LSP的低维的一半的特征，并且(2)宽带LSP和窄带LSP之间具有一定程度的相关，且已知窄带LSP时，就能够在一定程度减少宽带LSP可能的候补。特别是在考虑如语音信号的信号时，当窄带LSP确定后，虽然包含了那样的特征的宽带LSP不能惟一地被确定下来，也能在一定程度缩小范围(比如窄带LSP具有“啊”的语音信号的特征时，宽带LSP也具有“啊”的语音信号的特征的可能性较高，包括具有那样的特征的LSP参数的模式的向量空间在一定程度上被限定)。
通过积极地利用从这样的窄带信号得到的LSP与从宽带信号得到的LSP之间的相互关系，可以使从宽带信号得到的LSP的量化效率得到提高。
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。
(实施例1)图2是表示本发明实施例1的可伸缩性编码装置的主要结构的方框图。
本实施例的可伸缩性编码装置包括窄带-宽带变换单元200、放大器201、放大器202、延迟器203、除法器204、放大器205、放大器206、分类器207、多级向量量化(VQ)码本208、放大器209、预测系数表格210、加法器211、延迟器212、减法器213以及误差最小化单元214。多级VQ码本208包括初级码本250、切换开关251、第二级码本(CBb)252、第三级码本(CBc)253以及加法器254、加法器255。
本实施例的可伸缩性编码装置的各个部分进行以下的操作。
窄带-宽带变换单元200将输入的量化窄带LSP(通过未示出的窄带LSP量化器预先进行量化的窄带信号的LSP参数)利用等式(1)等变换成宽带LSP参数，并将该宽带LSP参数输出到放大器201、延迟器203、放大器206以及分类器207。另外，当将窄带LSP参数变换成宽带LSP参数的方法利用等式(1)时，除非宽带信号与窄带信号的采样频率以及LSP维数的关系同时为2倍(宽带信号的采样频率为窄带信号的采样频率的2倍，而且宽带信号的LSP的分析维数为窄带信号的LSP的分析维数的2倍)，否则无法获得所得到的宽带LSP参数与实际输入的宽带LSP之间的对应。因此双方不为2倍的关系时，将宽带LSP参数系一次变换为自相关系数，并将该自相关系数进行上采样，并将经上采样的自相关系数再次变换成宽带LSP即可。
以下，也有将通过窄带-宽带变换单元200变换成宽带形式的量化窄带LSP参数称为变换成的宽带LSP参数的时候。
放大器201将从窄带-宽带变换单元200输入的变换成的宽带LSP参数乘以从除法器204输入的放大系数，将结果输出到放大器202。
放大器202将从预测系数表格210输入的预测系数β3(对于每个向量元素具有值)乘以从放大器201输入的变换成的宽带LSP参数，将结果输出到加法器211。
延迟器203将从窄带-宽带变换单元200输入的变换成的宽带LSP参数延迟一帧的时间，并将结果输出到除法器204。
除法器204将从延迟器212输入的、1帧前的量化宽带LSP参数除以从延迟器203输入的、1帧前的量化的变换成的宽带LSP参数，并将结果输出到放大器201。
放大器205将从延迟器212输入的1帧前的量化宽带LSP参数乘上从预测系数表格210输入的预测系数β2(对于每个向量元素具有值)，将结果输出到加法器211。
放大器206将从窄带-宽带变换单元200输入的变换成的宽带LSP参数乘以从预测系数表格210输入的预测系数β1(对于每个向量元素具有值)，将结果输出到加法器211。
分类器207利用从窄带-宽带变换单元200输入的变换成的宽带LSP参数进行级别分类，并将表示该分类级别的级别信息输出到多级向量量化码本208中的切换开关251。这里，对于级别分类使用什么样的方法都可以，比如，分类器207可以包括存储着与分类级别的种类的数目相同数目的码向量的码本，并输入级别信息，该级别信息与使输入的变换成的宽带LSP参数与存储的上述码向量的均方差(square error)成为最小的码向量相对应。另外，考虑听觉特性对该均方差进行加权也是可以的。另外，分类器207的具体结构的示例将在后文中描述。
切换开关251从初级码本250中选择一个对应于从分类器207输入的级别信息的子码本(CBa1～CBan)，并将该选择的子码本的输出端子连接到加法器254。在本实施例中，通过分类器207分类的级别数为n，子码本为n种，从n种中指定的级别的子码本的输出端子连接到切换开关251。
初级码本250根据来自误差最小化单元214的指示，将所指示的码向量经由切换开关251输出到加法器254。
第二级码本252根据来自误差最小化单元214的指示，将所指示的码向量输出到加法器254。
加法器254将从切换开关251输入的初级码本250的码向量与从第二级码本252输入的码向量相加，并将结果输出到加法器255。
第三级码本253根据来自误差最小化单元214的指示，将所指示的码向量输出到加法器255。
加法器255将从加法器254输入向量与从第三级码本253输入的码向量相加，并将结果输出到放大器209。
放大器209将从加法器255输入的向量乘以从预测系数表格210输入的预测系数α(对于每个向量元素具有值)，将结果输出到加法器211。
预测系数表格210根据来自误差最小化单元214的指示，从存储的预测系数组中选择所指示的一组，并从选择出的预测系数组中将用于放大器202、205、206、209的系数分别输出到放大器202、205、206、209。并且，这个预测系数组包括针对每个放大器202、205、206、209，按LSP的每个维数准备的系数。
加法器211将来自放大器202、205、206、209的每个向量相加，并将结果输出到减法器213。加法器211的输出作为量化宽带LSP参数输出到图2的可伸缩性编码装置的外部单元和延迟器212。输出到图2的可伸缩性编码装置的外部单元的量化宽带LSP参数用于编码语音信号的、未示出的其它功能块等的处理。另外，通过后述的误差最小化单元214确定使误差成为最小的参数(从每个码本输出的码向量以及预测系数组)，此时从加法器211输出的向量成为量化宽带LSP参数。量化宽带LSP参数输出到延迟器212。另外，用下面的等式(2)表示加法器211的输出信号。
L^W(n)(i)=α(i)C^(n)(i)+β1(i)L^N(n)(i)]]>+β2(i)L^W(n-1)(i)+β3(i)L^W(n-1)(i)L^N(n-1)(i)L^N(n)(i)···(2)]]>其中， 为第n个帧中的量化宽带LSP的第i维元素，α(i)为对LSP的第i维元素的预测系数α， 为第n个帧的多级VQ码本输出向量的第i维元素，β1(i)为LSP的对第i维元素的预测系数β1，β2(i)为LSP的对第i维元素的预测系数β2，β3(i)为LSP的对第i维元素的预测系数β3， 为第n个帧的量化窄带LSP的第i维元素。
另外，当作为宽带的量化LSP参数输出的LSP参数不符合稳定条件(第n维的LSP大于第0维～第(n-1)维的任何的LSP时，也就是LSP的值按照维数的顺序变大)时，加法器211继续进行操作，使能够符合LSP的稳定条件。再有，当相邻的量化LSP的间隔比预定间隔小时，加法器211也进行操作直到使得所述间隔成为预定间隔或大于预定间隔。
加法器213对从外部输入的(通过分析宽带信号得来的)、作为量化目标的宽带LSP参数和从加法器211输入的量化LSP参数候选(量化宽带LSP)之间的误差进行计算，将求得的误差输出到误差最小化单元214。另外，该误差计算为输入的LSP向量间的均方差即可。另外，当根据输入的LSP向量的特征进行加权时，能够进一步地提高听觉上的质量。例如，在ITU-T建议G.729中，使用3.2.4章(Quantization of the LSP coefficients)的(21)式的加权均方差(加权欧几里得距离)进行误差最小化。
误差最小化单元214分别从多级向量量化码本208以及预测系数表格210中选择从减法器213输出的误差为最小的各个码本的码向量以及预测系数组。选择出的参数信息经编码处理，作为编码数据输出。
图3是表示分类器207的主要结构的方框图。分类器207包括具有n个码向量(CV)存储单元411以及切换器412的分类码本410、误差计算单元421以及误差最小化单元422。
CV存储单元411的数目设置为与通过分类器207分类的级别数相同、也就是设置为n个。CV存储单元411-1～411-n分别存储与经分类的级别所对应的码向量，并且在通过切换器412与误差计算单元421相连接时，将存储的码向量通过切换器412输出到误差计算单元421。
切换器412根据来自误差最小化单元422的指示，依次切换与误差计算单元421相连接的CV存储单元411，并将全部CV1～CVn输入到误差计算单元421。
误差计算单元421依次计算从窄带-宽带变换单元200输入的变换成的宽带LSP参数与从分类码本410输入的CVk(k＝1～n)之间的均方差，并将结果输入到误差最小化单元422。另外，误差计算单元421可以根据向量的欧几里得距离计算该均方差，也可以根据经预加权处理的向量的欧几里得距离计算该均方差。
误差最小化单元422向切换器412发出指令，以使得每次从误差计算单元421输入变换成的宽带LSP参数和CVk之间的均方差时，从分类码本410向误差计算单元421输入CVk+1，并且存储对于CV1～CVn的均方差，生成表示所存储的均方差中的最小的均方差的级别信息并输入到切换开关251。
以上，详细说明了本实施例的可伸缩性编码装置。
图4是表示对以上述可伸缩性编码装置编码的编码数据进行解码的可伸缩性解码装置的主要结构的方框图。除了涉及编码数据的解码的操作，该可伸缩性解码装置与图2的可伸缩性解码装置执行相同的操作。另外，对与图2的可伸缩性编码装置执行相同操作的组成元件标附相同的附图标记，并省略其说明。
该可伸缩性解码装置包括窄带-宽带变换单元200、放大器201、放大器202、延迟器203、除法器204、放大器205、放大器206、分类器207、多级VQ码本308、放大器209、预测系数表格310、加法器211、延迟器212以及参数解码单元314。多级向量量化码本308包括初级码本350、切换开关251、第二级码本(CBb)352、第三级码本(CBc)353以及加法器254、加法器255。
参数解码单元314接收由本实施例的可伸缩性编码装置进行编码的编码数据，使得向多级向量量化(VQ)码本308的各级码本350、352、353和预测系数表格310输出各个码本、表格应当输出的码向量、预测系数组的信息。
初级码本350从切换开关251所选择的子码本(CBa1～CBan)中选择由参数解码单元314输入的信息所指示的码向量，并经由切换开关251输出到加法器254。
第二级码本352取出从参数解码单元314输入的信息所指示的码向量，并输出到加法器254。
第三级码本353取出从参数解码单元314输入的信息所指示的码向量，并输出到加法器255。
预测系数表格310取出从参数解码单元314输入的信息所指示的预测系数组，并向放大器202、205、206、209输出对应的预测系数。
这里，存储于多级向量量化码本308以及预测系数表格310的码向量以及预测系数组与图2的可伸缩性编码装置的多级向量量化码本208以及预测系数表格210中的相同。另外，操作也相同。不同之处在于，向多级VQ码本以及预测系数表格发送指令的部分为误差最小化单元214还是参数解码单元314。
加法器211的输出作为量化宽带LSP参数输出到图4的可伸缩性解码装置的外部单元，并输出到延迟器212。输出到图4的可伸缩性解码装置的外部单元的量化宽带LSP参数用于解码语音信号的、其它功能块等的处理。
以上，详细说明了本实施例的可伸缩性解码装置。
在如上所述的本实施例中，利用当前帧中经解码处理的窄带的量化LSP参数，自适应地进行当前帧中宽带LSP参数的编码。具体而言，进行量化宽带LSP参数的级别分类，为每个分类的级别准备专用的子码本(CBa1～CBan)，根据分类结果切换使用上述子码本，进行宽带LSP参数的向量量化。通过采取该结构，根据本实施例，基于已经量化的窄带LSP的信息，能够进行适应于宽带LSP参数的量化的编码，能够提高宽带LSP参数的量化性能。
另外，根据本实施例，上述级别分类利用对其的编码(解码)已经结束的量化窄带LSP参数来进行，因此，比如在解码端无需从编码端另外获取级别分类信息。换言之，根据本实施例，能够改善宽带LSP参数的编码性能，而不需要增加通信的传输速率。
另外，在本实施例中，包含子码本(CBa1～CBan)的多级VQ码本208、308中的初级码本250、350被预先设计，以表现编码对象的基本的特征。比如，多级VQ码本208、308中的平均分量或者偏压分量等都在初级码本250、350中反映或指示，以使得在第二级以后的级中编码噪声误差分量。这样处理的话，由于对于第二级以后的级，初级码本250、350的码向量的平均能量增大，因此将通过多级向量量化码本208、308生成的向量的主要分量能够利用初级码本205、350来表现。
另外，在本实施例中，根据分类器207的级别分类切换子码本的码本只有初级码本250、350。也就是只有存储码向量的平均能量为最大的初级码本才具有子码本。这样处理的话，比起将多级向量量化码本208、308所具有的所有的码本对于每个级别进行切换的情形相比，能够减少存储码向量所需的存储量。进一步，这样处理的话，只切换初级码本250、350就能得到较大的切换效果，能够有效地改善宽带LSP参数的量化性能。
另外，在本实施例中，虽然对以下的情形进行了说明，即误差计算单元421计算宽带LSP参数和来自分类码本410的码向量之间的均方差，误差最小化单元422存储该均方差并选择最小误差，但是只要与其等效，也即所执行的处理类型选择宽带LSP参数与码向量之间的最小误差，则并非严格地要求计算出上述均方差。另外，为了减少运算量，省略上述均方差的计算的一部分而选择产生准-最小误差的向量的处理也是可以的。
(实施例2)图5是表示本发明实施例2的可伸缩性编码装置或者是可伸缩性解码装置所具有的分类器507的主要结构的方框图。本实施例的可伸缩性编码装置或者是可伸缩性解码装置具有分类器507来代替实施例1的可伸缩性编码装置或者是可伸缩性解码装置的分类器207。因此，本实施例的可伸缩性编码装置或者是可伸缩性解码装置所具有的大部分组成元件进行与实施例1的可伸缩性编码装置或者是可伸缩性解码装置所具有的组成元件相同的操作。关于这样的进行相同操作的组成元件，为了避免重复，标附与实施例1的附图标记相同的附图标记，并省略该说明。
分类器507包括具有m个的CV存储单元411的分类码本510、误差计算单元521、相似度计算单元522以及分类确定单元523。
分类码本510将分别存储于CV存储单元411-1～411-m的m种的CV同时输入到误差计算单元521。
误差计算单元521计算从窄带-宽带变换单元200输入的变换成的宽带LSP参数与从分类码本510输入的CVk(k＝1～m)之间的均方差，并将计算出的m个均方差全都输入到相似度计算单元522。另外，误差计算单元521可以根据向量的欧几里得距离计算该均方差，也可以根据经预加权处理的向量的欧几里得距离计算该均方差。
相似度计算单元522基于从误差计算单元521输入的m个均方差，计算输入到误差计算单元521的变换成的宽带LSP参数与从分类码本510输入的CV1～CVm之间的相似度，并将计算出的相似度输入到分类确定单元523。具体而言，相似度计算单元522将从误差计算单元521输入的m个均方差标量量化为从相似度最低的“0”到相似度最高的“K-1”的K个秩，并将该m个均方差变换成相似度k(i)，其中i＝0～(K-1)。
分类确定单元523利用从相似度计算单元522输入的相似度k(i)(其中i＝0～K-1)进行级别分类，生成指示分类级别的级别信息，并将级别信息输出到切换开关251。这里，分类确定单元523比如利用下式(3)进行级别分类。
Σi=1mKi-1k(i)···(3)]]>根据本实施例，因为通过相似度计算单元522，根据m个均方差的标量量化结果计算出相似度，所以能够减少该计算所需的运算量。另外，根据本实施例，通过相似度计算单元522，m个均方差变换成由K个秩来指示的相似度。因此，能够生成从CV1到CVm之间的中间的CV，CV存储单元411的种类数m即使小也能够增加由分类器507分类的级别的数量。换言之，根据本实施例，能够减少用于存储分类码本510的码向量的存储量，而不减少从分类器507输入到切换开关251的级别信息的质量。
(实施例3)图6是表示本发明实施例3的可伸缩性语音编码装置的主要结构的方框图。
本实施例的可伸缩性语音编码装置包括下采样处理单元601、LP分析单元(NB)602、LPC量化单元(NB)603、激励(excitation)编码单元(NB)604、预加重滤波器605、LP分析单元(WB)606、LPC量化单元(WB)607、激励编码单元(WB)608以及复用单元609。
下采样处理单元601对输入的宽带信号进行组合抽取因子(decimation)和LPF(低通滤波器)处理的一般的下采样处理，并将窄带信号分别输出到LP分析单元(NB)602以及激励编码单元(NB)604。LP分析单元(NB)602对从下采样处理单元601输入的窄带信号进行线性预测分析，并将线性预测系数输出到LPC量化单元(NB)603。
LPC量化单元(NB)603对从LP分析单元(NB)602输入的线性预测系数进行量化并将编码信息输出到复用单元609，同时将量化的线性预测参数分别输出到LPC量化单元(WB)607以及激励编码单元(NB)604。这里，LPC量化单元(NB)603将线性预测系数变换成LSP(LSF)或其它频谱参数后进行量化处理。从LPC量化单元(NB)603输出的量化线性预测参数可以为频谱参数、或者线性预测参数。
激励编码单元(NB)604将从LPC量化单元(NB)603输入的线性预测参数变换为线性预测系数，基于所获得的线性预测系数构造线性预测滤波器。进行线性预测滤波器的驱动激励信号的编码，以使通过构造的线性预测滤波器合成的信号与从下采样处理单元601输入的窄带信号的误差成为最小，并将激励编码信息输出到复用单元609，将解码激励信息(量化激励信息)输出到激励编码单元(WB)608。
预加重滤波器605对输入的宽带信号进行高频提升处理(传递函数为1-μz-1，μ为滤波器系数，z-1为z变换的复变数，并被称为延迟运算子)，并将处理后的信号输出到LP分析单元(WB)606以及激励编码单元(WB)608。
LP分析单元(WB)606对从预加重滤波器605输入的经预加重处理的宽带信号进行线性预测分析，并将线性预测系数输出到LPC量化单元(WB)607。
LPC量化单元(WB)607将从LP分析单元(WB)606输入的线性预测系数变换成LSP(LSF)或其它频谱参数，利用得到的频谱参数和从LPC量化单元(NB)603输入的量化线性预测参数(窄带)，通过比如后述的可伸缩性编码装置进行线性预测参数(宽带)的量化处理，将编码信息输出到复用单元609，同时将经量化处理的线性预测参数输出到激励编码单元(WB)608。
激励编码单元(WB)608将从LPC量化单元(WB)607输入的量化线性预测参数变换为线性预测系数，基于所获得的线性预测系数构造线性预测滤波器。进行上述线性预测滤波器的驱动激励信号的编码，以使通过构造的线性预测滤波器合成的信号与从预加重滤波器605输入的宽带信号之间的误差成为最小，并将激励编码信息输出到复用单元609。利用从激励编码单元(NB)604输入的窄带信号的解码激励信号(量化激励信号)能够高效地进行宽带信号的记录编码。
复用单元609对从LPC量化单元(NB)603、激励编码单元(NB)604、LPC量化单元(WB)607以及激励编码单元(WB)608输入的各种编码信息进行复用，并将复用信号传送到传输路径。
图7是表示本发明实施例3的可伸缩性的语音解码装置的主要结构的方框图。
本实施例的可伸缩性语音解码装置包括多路分解单元700、LPC解码单元(NB)701、激励解码单元(NB)702、LP合成单元(NB)703、LPC解码单元(WB)704、激励解码单元(WB)705、LP合成单元(WB)706以及去预加重滤波器707。
多路分解单元700接收根据本实施例的可伸缩性语音编码装置传送的复用信号，分离成各种类型的编码信息，分别将量化窄带线性预测系数编码信息输出到LPC解码单元(NB)701、将窄带激励编码信息输出到激励解码单元(NB)702、将量化宽带线性预测系数编码信息输出到LPC解码单元(WB)704、将宽带激励编码信息输出到激励解码单元(WB)705。
LPC解码单元(NB)701对从多路分解单元700输入的量化窄带线性预测编码信息进行解码处理，解码量化窄带线性预测系数，并将结果输出到LP合成单元(NB)703以及LPC解码单元(WB)704。然而，如同在可伸缩性语音编码装置中所述，因为量化为将线性预测系数变换成LSP(或者LSF)而进行，所以由该解码而得到的信息并不是线性预测系数本身而是LSP参数。解码LSP参数输出到LP合成单元(NB)703以及LPC解码单元(WB)704。
激励解码单元(NB)702对从多路分解单元700输入的窄带激励编码信息进行解码处理，并将结果输出到LP合成单元(NB)703以及激励解码单元(WB)705。
LP合成单元(NB)703将从LPC解码单元(NB)701输入的解码LSP参数变换成线性预测系数，利用该线性预测系数构造线性预测滤波器，并将从激励解码单元(NB)702输入的解码窄带激励信息作为线性预测滤波器的驱动激励信号来生成窄带信号。
LPC解码单元(WB)704利用从多路分解单元700输入的量化宽带线性预测系数编码信息与从LPC解码单元(NB)701输入的窄带的解码LSP参数、使用例如后述的可伸缩性解码装置来解码宽带LSP参数，并将结果输出到LP合成单元(WB)706。
激励解码单元(WB)705利用从多路分解单元700输入的宽带激励编码信息与从激励解码单元(NB)702输入的解码窄带激励信息来解码宽带激励信号，并将结果输出到LP合成单元(WB)706。
LP合成单元(WB)706将从LPC解码单元(WB)704输入的解码宽带LSP参数变换成线性预测系数，利用其构造线性预测滤波器，并通过将从激励解码单元(WB)705输入的解码宽带激励信息作为线性预测滤波器的驱动激励信号来生成宽带信号，并将宽带信号输出到去预加重滤波器707。
去预加重滤波器707为具有与可伸缩性语音编码装置的预加重滤波器605的特性相对的特性的滤波器。经去预加重处理的信号作为解码宽带信号被输出。
另外，将通过LP合成单元(NB)703生成的窄带信号进行上采样处理而得到的信号可以用作较低部分来解码宽带信号。此时，使从去预加重滤波器707输出的宽带信号通过具有恰当的频率特性的高通滤波器进行滤波，并与上述经上采样处理的窄带信号相加。窄带信号还可以通过后置滤波器(postfilter)以改善听觉上的质量。
图8是表示LPC量化单元(WB)607的主要结构的方框图。LPC量化单元(WB)607包括窄带-宽带变换单元200、LSP-LPC变换单元800、预加重单元801、LPC-LSP变换单元802以及预测量化单元803。预测量化单元803包括放大器201、放大器202、延迟器203、除法器204、放大器205、放大器206、分类器207、多级向量量化码本208、放大器209、预测系数表格210、加法器211、延迟器212、减法器213以及误差最小化单元214。多级向量量化码本208包括初级码本250、切换开关251、第二级码本(CBb)252、第三级码本(CBc)253以及加法器254、加法器255。
图8所示的可伸缩性编码装置(LPC量化单元(WB)607)由在图2的可伸缩性编码装置上添加LSP-LPC变换单元800、预加重单元801以及LPC-LSP变换单元802而构成。因此，本实施例的可伸缩性编码装置所具有的大部分组成元件进行与实施例1的可伸缩性编码装置所具有的组成元件相同的操作。为了避免重复，进行相同操作的组成元件标附与实施例1的附图标记相同的附图标记，并省略其说明。
从LPC量化单元(NB)603输入的量化线性预测参数(这里为量化窄带LSP)通过窄带-宽带变换单元200变换成宽带LSP参数，并且变换成的宽带LSP参数(变换成宽带形式的量化窄带LSP参数)被输出到LSP-LPC变换单元800。
LSP-LPC变换单元800将从窄带-宽带变换单元200输入的变换成的宽带LSP参数(量化线性预测参数)变换成线性预测系数(量化窄带LPC)，并将该线性预测系数输出到预加重单元801。
预加重单元801利用后述的方法，根据从LSP-LPC变换单元800输入的线性预测系数计算出经预加重处理的线性预测系数，并将该线性预测系数输出到LPC-LSP变换单元802。
LPC-LSP变换单元802将从预加重单元801输入的经预加重处理的线性预测系数变换成经预加重处理的量化窄带LSP，并将其输出到预测量化单元803。
预测量化单元803将从LPC-LSP变换单元802输入的经预加重处理的量化窄带LSP变换成量化宽带LSP，并将其输出到预测量化单元803。预测量化单元803可采用任意结构，只要输出量化宽带LSP即可，本实施例中，作为一例采用实施例1的图2所示的结构元素201～212作为组成元件。
图9是表示LPC解码单元(WB)704的主要结构的方框图。LPC解码单元(WB)704包括窄带-宽带变换单元200、LSP-LPC变换单元800、预加重单元801、LPC-LSP变换单元802以及LSP解码单元903。LSP解码单元903包括放大器201、放大器202、延迟器203、除法器204、放大器205、放大器206、分类器207、多级向量量化码本308、放大器209、预测系数表格310、加法器211、延迟器212以及参数解码单元314。多级向量量化码本308包括初级码本350、切换开关251、第二级码本(CBb)352、第三级码本(CBc)353以及加法器254、加法器255。
图9所示的可伸缩性解码装置(LPC解码单元(WB)704)由在图4的可伸缩性解码装置上添加如图8所示的LSP-LPC变换单元800、预加重单元801以及LPC-LSP变换单元802而构成。因此，本实施例的可伸缩性语音解码装置所具有的大部分组成元件进行与实施例1的可伸缩性解码装置所具有的组成元件相同的操作。为了避免重复，这样的进行相同操作的组成元件标附与实施例1的附图标记相同的附图标记，并省略其说明。
从LPC解码单元(NB)701输入的量化窄带LSP通过窄带-宽带变换单元200变换成宽带LSP参数，变换成的宽带LSP参数(变换成宽带形式的量化窄带LSP参数)被输出到LSP-LPC变换单元800。
LSP-LPC变换单元800将从窄带-宽带变换单元200输入的变换成的宽带LSP参数(变换后的量化窄带LSP)变换成线性预测系数(量化窄带LPC)，并将其输出到预加重单元801。
预加重单元801利用后述的方法，根据从LSP-LPC变换单元800输入的线性预测系数计算出经预加重处理的线性预测系数，并将其输出到LPC-LSP变换单元802。
LPC-LSP变换单元802将从预加重单元801输入的经预加重处理的线性预测系数变换成经预加重处理的量化窄带LSP，并将其输出到LSP解码单元903。
LSP解码单元903将从LPC-LSP变换单元802输入的经预加重处理的解码(量化)窄带LSP变换成量化宽带LSP，并将其输出到LSP解码单元903的外部。LSP解码单元903可以采用任意结构，只要该LSP解码单元903输出量化宽带LSP，并输出和预测量化单元803相同的量化宽带LSP。但是，本实施例中，作为一例采用实施例1的图4所示的201～207、308、209、310、211、212作为组成元件。
图10是表示预加重单元801执行的处理步骤的示例流程图。在图10中，在步骤(以下简称为“ST”)1001，计算由输入的量化窄带LPC构成的LP合成滤波器的脉冲响应。在ST1002，将在ST1001计算出的脉冲响应卷积预加重滤波器605的脉冲响应，并计算“经预加重处理的LP合成滤波器的脉冲响应”。
在ST1003，计算在ST1002计算出的“经预加重处理的LP合成滤波器的脉冲响应”的自相关系数，在ST1004，将自相关系数变换成LPC，并将经预加重处理的量化窄带LPC输出。
另外，预加重处理是为了避免频谱的倾斜的影响而事先使频谱的倾斜变得平坦的处理。因此，在预加重单元801进行的处理不只限于如图10所示的具体的处理方法，使用其它的处理方法实施预加重处理也是可以的。
如上所述，本实施例通过进行预加重处理，能够提高由窄带LSF预测宽带LSF时的预测性能，从而改善量化性能。特别是，通过将这样的预加重处理导入具有如图6所示的结构的可伸缩性语音编码装置，能够使适应于人的听觉特性的语音编码的进行成为可能，改善编码语音的主观性质量。
(实施例4)图11是表示本发明实施例4的可伸缩性编码装置的主要结构的方框图。如图11所示的可伸缩性编码装置能够适用图6所示的LPC量化单元(WB)607。各个功能块的操作与图8所示的相同，因此对所述操作标附相同的附图标记，并省略其说明。预加重单元801以及LPC-LSP变换单元802的操作相同，但是在将输入/输出的参数从窄带变换为宽带之前的步骤中进行。以下说明实施例3的图8与本实施例的图11的不同之处。在图11中，在窄带信号(低速采样速率)区域中进行预加重，而在图8中，在宽带信号(高速采样速率)区域中进行预加重。图11所示的结构的优点在于采样速率较低所以能够减少运算量的增加。另外，关于在图8使用的预加重的系数μ，优选的是预先调整为适当的值(取有可能与图6所示的预加重滤波器605的μ不同的值)。
另外，在图11中，因为量化窄带LPC(线性预测系数)被输入，所以从图6的LPC量化单元(NB)603输出的量化线性预测参数为线性预测系数而不是LSP。
图12是表示本发明实施例4的可伸缩性解码装置的主要结构的方框图。如图12所示的可伸缩性解码装置能够适用于图7所示的LPC解码单元(WB)704。各个功能块的操作与图9所示的相同，因此对所述操作标附相同的附图标记，并省略其说明。
另外，预加重单元801和LPC-LSP变换单元802的操作与图11的那些相同，因此省略其说明。
另外，在图12中，因为量化窄带LPC(线性预测系数)被输入，所以从图7的LPC解码单元(NB)701输出的量化线性预测参数为线性预测系数而不是LSP。
实施例3的图9与本实施例的图12的不同之处与上述图8和图12之间的不同相同。
以上，说明了本发明的实施例。
另外，本发明的可伸缩性编码装置采取在下采样处理单元601不进行下采样而只进行带宽限制滤波处理的结构也是可以的。此时，进行采样频率相同、只是信号的带宽不同的窄带信号和宽带信号的可伸缩性的编码，于是无需窄带-宽带变换单元200的处理。
另外，本发明的可伸缩性的语音编码装置不限于上述实施例3、4，而是可以对本发明加以各种变更来实施。比如所使用的预加重滤波器605的传递函数设为1-μz-1，但是也可以使用具有其它的适当的特性的滤波器。
另外，本发明的可伸缩性编码装置以及可伸缩性解码装置，不限于上述实施例1～4，而是可以对本发明加以各种变更来实施。比如，去掉组成元件201～205、212的全部或者一部分也能实施本发明。
本发明的可伸缩性编码装置以及可伸缩性解码装置可以配置于移动台通信系统的通信终端装置以及基站装置中，并且以此可以提供具有与上述相同作用效果的通信终端装置以及基站装置。
另外，这里虽然说明了将LSP参数进行编码/解码的情形，但是本发明有可能适用于ISP(Immittance Spectrum Pairs，导抗频谱对)参数。
另外，在上述各个实施例中，窄带信号是指采样频率为8kHz的音频信号(一般来讲为3.4kHz带宽的音频信号)，宽带信号是指具有比窄带信号更宽的带宽的音频信号(比如采样频率为16kHz、带宽为7kHz的音频信号)，并且所述信号典型地是窄带语音信号以及宽带语音信号。但是窄带信号以及宽带信号不只限于上述信号。
另外，虽然在此处描述的例子中将向量量化方法用作使用当前帧的窄带的量化LSP参数的级别分类方法，但是可以变换成反射系数、对数截面积比或其它参数，并且所述参数可以用于级别分类。
另外，在将上述级别分类用于向量量化的方法的情形中，不使用量化LSP参数的所有维数而只对有限的低端的维数来进行级别分类也是可以的。或者，在将量化LSP参数变换成较低维数的量化LSP参数之后进行级别分类也是可以的。通过如此的处理，能够使抑制由级别分类的导入而引起的运算量和存储量的增加成为可能。
另外，虽然这里多级向量量化的码本结构为3级，但是只要是2级以上，几级都是可以的。另外，使一些级成为分割向量量化，或者标量量化也是可以的。另外，对于不是多级结构而是分割结构的情形也能适用本发明。
另外，如果采取以下的结构能够进一步增强量化性能，即多级VQ码本对于每个预测系数表格组具有不同的码本，并将不同的预测系数表格与不同的多级VQ码本相组合而使用。
另外，在上述各个实施例中，可以将对应于分类器207所输出的级别信息的预测系数表格预先准备为预测系数表格210、310，并且将所述预测系数表格切换输出。也就是，可以切换并输出预测系数表格210、310，以使得切换开关251根据从分类器207输入的级别信息，从初级码本250中选择一个子码本(CBa1～Cban)。
进一步，在上述各个实施例中，不切换初级码本250，而只切换预测系数表格210、310的预测系数表格也是可以的；或者同时切换初级码本250以及预测系数表格210、310的预测系数表格也是可以的。
另外，这里虽然以通过硬件来构成本发明为例来进行说明，但是本发明还可以通过软件来实现。
另外，这里虽然描述了使用由窄带量化LSP参数变换成的宽带量化LSP参数来进行级别分类的例子，但是使用变换前的窄带LSP参数来进行级别分类也是可能的。
另外，用于描述上述各个实施例的各个功能块，最为典型的通过LSI(大规模集成电路)集成电路来实现。这些既可以对于每个功能块形成芯片，也可以将一部分或者是全部功能块形成在一个芯片中。
另外，在此将实现称为LSI，但根据集成度的不同也可称为IC(集成电路)、系统LSI(系统大规模集成电路)、超LSI(超大规模集成电路)、极大LSI(极大规模集成电路)。
另外，集成电路技术不只限于LSI，本发明也可以使用专用电路或通用处理器来实现。也可以在LSI制造后，使用能够编程的FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)，或使用可以将LSI内部的电路块连接或设定重新配置的可重构处理器(Reconfigurable Processor)。
再有，如果随着半导体技术的进步或者发展，出现了可以替换LSI的集成电路技术，当然也可以利用该技术来实现功能块的集成化。也有应用生物工程学技术等的可能性。
本申请根据2004年9月17日申请的特愿2004-272481、2004年11月12日申请的特愿2004-329094号以及2005年9月2日申请的特愿2005-255242。其内容全部包括于此。
工业实用性本发明的可伸缩性编码装置、可伸缩性解码装置、可伸缩性编码方法以及可伸缩性解码方法，能够适用于移动通信系统或使用因特网协议的分组通信系统等的通信装置等。
权利要求
1.一种可伸缩性编码装置，其利用窄带的量化LSP参数进行宽带的LSP参数的预测量化，该装置包括预加重单元，对量化窄带LSP参数进行预加重，其中，将经预加重处理的所述量化窄带LSP参数用于所述预测量化。
2.如权利要求1所述的可伸缩性编码装置，其中，将经预加重处理的量化窄带LSP参数变换成宽带形式的第一宽带LSP参数，并用于所述预测量化，或者，将变换成宽带形式的所述量化窄带LSP参数用于所述预加重单元而生成第二宽带LSP参数，并将其作为经预加重处理的所述量化窄带LSP参数，用于所述预测量化。
3.如权利要求2所述的可伸缩性编码装置，还包括级别分类单元，利用所述第一或者第二宽带LSP参数进行级别分类并生成级别信息；多级向量量化码本，具有多个码本，在所述多个码本中至少有一个码本具有多个子码本，选择式地使用所述多个子码本中对应于所述级别信息的子码本，进行多级向量量化。
4.如权利要求3所述的可伸缩性编码装置，其中，所述多级向量量化码本具有多个码本；在所述多个码本中，所存储的码向量的平均能量为最大的码本具有多个子码本；选择式地使用所述多个子码本中对应于所述级别信息的子码本，进行多级向量量化。
5.如权利要求3所述的可伸缩性编码装置，其中，所述多级向量量化码本具有多个码本；在所述多个码本中，用于多级向量量化初级的码本具有多个子码本；选择式地使用所述多个子码本中对应于所述级别信息的子码本，进行多级向量量化。
6.如权利要求3所述的可伸缩性编码装置，其中，所述多级向量量化码本还包括切换单元，根据所述级别信息切换从所述多个子码本中选择的子码本。
7.如权利要求3所述的可伸缩性编码装置，其中，所述级别分类单元存储多个码向量，通过确定与所述宽带LSP参数之间的误差为最小的码向量，来进行级别分类并生成级别信息。
8.如权利要求3所述的可伸缩性编码装置，其中，所述级别分类单元存储多个码向量，对所述宽带LSP参数与所述多个码向量中的每一个之间的误差分别进行量化，并基于量化处理的多个所述误差来进行级别分类并生成级别信息。
9.一种包括权利要求1所述的可伸缩性编码装置的通信终端装置。
10.一种包括权利要求1所述的可伸缩性编码装置的基站装置。
11.一种可伸缩性解码装置，其利用窄带的量化LSP参数解码宽带的LSP参数，该装置包括预加重单元，对经解码处理的量化窄带LSP参数进行预加重，其中，将经预加重处理的所述量化窄带LSP参数用于所述宽带的LSP参数的解码。
12.如权利要求11所述的可伸缩性解码装置，其中，将经预加重处理的量化窄带LSP参数变换成宽带形式的第一宽带LSP参数，并用于所述宽带的LSP参数的解码，或者，将变换成宽带形式的状态的、经解码处理的所述量化窄带LSP参数用于所述预加重单元而生成第二宽带LSP参数，并将其作为经预加重处理的所述量化窄带LSP参数，用于所述宽带的LSP参数的解码。
13.如权利要求12所述的可伸缩性解码装置，还包括级别分类单元，利用所述第一或者第二宽带LSP参数进行级别分类并生成级别信息；多级向量量化码本，具有多个码本，在所述多个码本中至少有一个码本具有多个子码本，选择式地使用所述多个子码本中对应所述级别信息的子码本，进行多级向量量化。
14.如权利要求13所述的可伸缩性解码装置，其中，所述多级向量量化码本具有多个码本；在所述多个码本中，存储码向量的平均能量为最大的码本中具有多个子码本；选择式地使用所述多个子码本中对应所述级别信息的子码本，进行多级向量量化。
15.如权利要求13所述的可伸缩性解码装置，其中，所述多级向量量化码本具有多个码本；在所述多个码本中，用于多级向量量化初级的码本中具有多个子码本；选择式地使用所述多个子码本中对应所述级别信息的子码本，进行多级向量量化。
16.如权利要求13所述的可伸缩性解码装置，其中，所述多级向量量化码本还包括切换单元，根据所述级别信息切换从所述多个子码本中选择的子码本。
17.如权利要求13所述的可伸缩性解码装置，其中，所述级别分类单元存储多个码向量，通过确定与所述宽带LSP参数之间的误差为最小的码向量，来进行级别分类并生成级别信息。
18.如权利要求13所述的可伸缩性解码装置，其中，所述级别分类单元存储多个码向量，对所述宽带LSP参数与所述多个码向量中的每一个之间的误差分别进行量化，并基于量化处理的多个所述误差来进行级别分类并生成级别信息。
19.一种包括权利要求11所述的可伸缩性解码装置的通信终端装置。
20.一种包括权利要求11所述的可伸缩性解码装置的基站装置。
21.一种可伸缩性编码方法，其利用窄带的量化LSP参数进行宽带LSP参数的预测量化，该方法包括预加重步骤，对量化窄带LSP参数进行预加重；以及，量化步骤，利用经预加重处理的所述量化窄带LSP参数进行所述预测量化。
22.如权利要求21所述的可伸缩性编码方法，其中，将经预加重处理的量化窄带LSP参数变换成宽带形态的第一宽带LSP参数，并用于所述预测量化，或者，将变换成宽带形态的所述量化窄带LSP参数用于所述预加重步骤而生成第二宽带LSP参数，并将其作为经预加重处理的所述量化窄带LSP参数，用于所述预测量化。
23.如权利要求22所述的可伸缩性编码方法，还包括级别分类步骤，利用所述第一或者第二宽带LSP参数进行级别分类并生成级别信息；以及子码本切换步骤，根据所述级别信息，切换从存储于一个码本的多个子码本中选择的子码本。
24.一种可伸缩性解码方法，其利用窄带的量化LSP参数解码宽带LSP参数，该方法包括预加重步骤，对经解码处理的量化窄带LSP参数进行预加重，以及，LSP参数解码步骤，利用经预加重处理的所述量化窄带LSP参数进行所述宽带LSP参数的解码。
25.如权利要求24所述的可伸缩性解码方法，其中，将经预加重处理的所述量化窄带LSP参数变换成宽带形式的第一宽带LSP参数，并用于所述宽带的LSP参数的解码，或者，将变换成宽带形式的状态的、经解码处理的所述量化窄带LSP参数用于所述预加重步骤而生成第二宽带LSP参数，并将其作为经预加重处理的所述量化窄带LSP参数，用于所述宽带LSP参数的解码。
26.如权利要求25所述的可伸缩性解码方法，还包括级别分类步骤，利用所述第一或者第二宽带LSP参数进行级别分类并生成级别信息；子码本切换步骤，根据所述级别信息，切换从存储于一个码本的多个子码本中选择的子码本。
全文摘要
本发明公开能够实现高量化效率和高性能的、频带可伸缩性LSP编码的可伸缩性编码装置以及可伸缩性解码装置等。在这些装置中，通过窄带－宽带变换单元(200)接收量化窄带LSP并将其变换为宽带，将变换后的量化窄带LSP(变换成的宽带LSP参数)输出到LSP－LPC变换单元(800)。LSP－LPC变换单元(800)将变换后的量化窄带LSP变换成线性预测系数，并输出到预加重单元(801)。预加重单元(801)计算经预加重处理的线性预测系数，并输出到LPC－LSP变换单元(802)。LPC－LSP变换单元(802)将经预加重处理的线性预测系数变换成经预加重处理的宽带变换后的量化窄带LSP，并输出到预测量化单元(803)。
文档编号G10L21/04GK101023471SQ20058003153
公开日2007年8月22日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月17日
发明者江原宏幸 申请人:松下电器产业株式会社