专利名称：长期预测编码和长期预测解码的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用声音信号的时间系列信号的长期预测系数，即音调(pitch)的周 期(时间延迟)τ以及增益P，将该时间系列信号压缩为较少比特数的编码方法、其解码方 法、装置、其程序及记录介质，特别涉及对不允许失真的编码有效的技术。
背景技术：
在电话声音信号的编码中进行用于利用每个音调周期的波形的类似性的长期预 测。电话声音信号的编码在无线通信等中被使用的可能性高，所以在对于音调预测的参数 τ、Ρ进行编码的码中使用了一定的(固定的)码长度。而且，在不允许音响信号的失真的 编码中，作为使用利用了与离开的样本的相关的预测的方法，例如已知专利文献1。这虽然 存在高效率编码装置和高效率编码解码装置，但是这里对于乘数P、或时间延迟的参数τ 来说，也被编码为固定长度码。专利文献1 日本特许第3218630号
发明内容
在以往的声音信号编码中，由于将长期预测系数，即音调周期(时间延迟)τ或增 益(乘数)P编码为固定长度(一定的长度)的码，所以在提高压缩效率方面存在限制。本发明的目的是提供与以往的声音信号编码方法相比能够进一步提高压缩效率 的长期预测编码方法、解码方法以及它们的装置。技术方案1、一种长期预测编码方法，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去 相乘结果而得到误差信号样本，该相乘结果通过对从所述输入样本时间系列信号的所述当 前样本开始时间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测编码方法包括(a)对每个帧选择下列四种方法之一的步骤，(1)对所述帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码，(3)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出时间延迟码，(4)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，所述切 换码表示所选择的四种方法之一，所述辅助码通过编码时间延迟和乘数而得到，所述波形 码通过编码误差信号样本而得到；以及(b)输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合的步骤。技术方案2、一种长期预测编码方法，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去 相乘结果而得到误差信号样本，该相乘结果通过对从所述输入样本时间系列信号的所述当前样本开始时间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测编码方法包括(a)对每个帧选择下列两种方法之一的步骤，(1)对所述帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，所述切 换码表示所选择的两种方法之一，所述辅助码通过编码时间延迟和乘数而得到，所述波形 码通过编码误差信号样本而得到；以及(b)输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合的步骤。技术方案3、一种长期预测解码方法，将误差信号的当前样本与相乘结果相加而得 到再构成的时间系列信号样本，该相乘结果通过对再构成的时间系列信号的仅进行所述时 间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测解码方法包括(a)对每个帧，基于表示下列四种方法之一的切换码，从辅助码对时间延迟和乘数 进行解码的步骤，(1)对所述帧将乘数和时间延迟解码一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数，(3)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码时间延迟，以及(4)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数和时间延迟。技术方案4、一种长期预测解码方法，将误差信号的当前样本与相乘结果相加而得 到再构成的时间系列信号样本，该相乘结果通过对再构成的时间系列信号的仅进行所述时 间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测解码方法包括(a)对每个帧，基于表示下列两种方法之一的切换码，从辅助码对时间延迟和乘数 进行解码的步骤，(1)对所述帧将乘数和时间延迟解码一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数和时间延迟。技术方案5、一种长期预测编码装置，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去 相乘结果而得到误差信号样本，该相乘结果通过对从所述输入样本时间系列信号的所述当 前样本开始时间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测编码装置包括最小值选择单元，对每个帧选择下列四种方法之一，(1)对所述帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码，(3)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出时间延迟码，(4)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，所述切 换码表示所选择的四种方法之一，所述辅助码通过编码时间延迟和乘数而得到，所述波形 码通过编码误差信号样本而得到；以及合成单元，输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合。技术方案6、一种长期预测编码装置，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去 相乘结果而得到误差信号样本，该相乘结果通过对从所述输入样本时间系列信号的所述当 前样本开始时间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测编码装置包括
最小值选择单元，对每个帧选择下列两种方法之一，(1)对所述帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，所述切 换码表示所选择的两种方法之一，所述辅助码通过编码时间延迟和乘数而得到，所述波形 码通过编码误差信号样本而得到；以及合成单元，输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合。技术方案7、一种长期预测解码装置，将误差信号的当前样本与相乘结果相加而得 到再构成的时间系列信号样本，该相乘结果通过对再构成的时间系列信号的仅进行所述时 间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测解码装置包括解码单元，对每个帧，基于表示下列四种方法之一的切换码，从辅助码对时间延迟 和乘数进行解码，(1)对所述帧将乘数和时间延迟解码一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数，(3)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码时间延迟，以及(4)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数和时间延迟。 技术方案8、一种长期预测解码装置，将误差信号的当前样本与相乘结果相加而得 到再构成的时间系列信号样本，该相乘结果通过对再构成的时间系列信号的仅进行所述时 间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测解码装置包括解码单元，对每个帧，基于表示下列两种方法之一的切换码，从辅助码对时间延迟 和乘数进行解码，(1)对所述帧将乘数和时间延迟解码一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数和时间延迟。技术方案9、一种程序，用于在计算机上实施技术方案5至8任一项的装置。技术方案10、一种记录介质，其上记录有程序，该程序用于在计算机上实施技术方 案5至8任一项的装置。本发明的长期预测编码方法包括(a)将对从输入样本时间系列信号的当前样本开始仅进行规定时间延迟的过去样 本乘以了乘数的相乘结果从所述输入样本时间系列信号的所述当前样本中减去，得到相减 的结果作为误差信号样本的步骤；(b)将所述误差信号样本的系列编码而得到第1码的步骤；(c)将所述时间延迟和所述乘数分别编码而得到第2码和第3码的步骤；以及(d)输出所述第1码和所述第2码及第3码的步骤，所述步骤(C)包含将所述时间延迟和所述乘数的至少一个进行可变长度编码的步骤。本发明的长期预测解码方法包括(a)从输入码中的第1码解码误差信号的步骤；(b)从所述输入码中的第2码和第3码分别解码时间延迟和乘数的步骤；以及(c)将对所述误差信号的仅进行所述时间延迟的过去样本乘以了所述乘数的相乘结果与所述误差信号的当前样本相加，将相加的结果再构成作为时间系列信号的步骤，所述步骤(b)包含以下步骤，即将所述时间延迟和所述乘数的至少一个参照可变 长度码语的码表来进行解码。本发明的长期预测编码装置包括乘法单元，对从输入样本时间系列信号的当前样本开始仅进行规定时间延迟的过 去样本乘以乘数；减法单元，将所述乘法单元的输出从所述当前样本中减去，输出误差信号；波形编码单元，将所述误差信号编码并得到第1码；以及辅助信息编码单元，将所述时间延迟和所述乘数分别编码而输出第2码和第3码，所述辅助信息编码单元包含可变长度编码单元，该可变长度编码单元对所述时间 延迟和所述乘数的至少一个进行可变长度编码。本发明的长期预测解码装置包括波形解码单元，将输入码中的第1码解码而输出误差信号；辅助信息解码单元，将所述输入码中的第2码和第3码分别解码而得到时间延迟 禾口乘数；乘法单元，对所述误差信号的仅进行所述时间延迟的过去样本乘以所述乘数；以 及加法单元，将所述乘法单元的输出与所述误差信号的当前样本相加而再构成时间 系列信号，所述辅助信息解码单元包含可变长度解码单元，该可变长度解码单元将所述第2 码和所述第3码的至少一个参照可变长度码语的码表来进行解码。在长期预测编码中使用的时间延迟τ或乘数ρ等辅助信息有时根据情况其值的 发生频率中产生偏差，按照本发明，在这样在发生频率中存在偏差的情况下对辅助信息进 行可变长度编码，所以可以提高编码效率。
图1是表示第1实施例的编码装置的功能结构例的方框图。图2是表示图1所示的装置的处理步骤例的流程图。图3是简单地表示长期预测编码的输入和输出的关系的图。图4是用坐标图和表表示乘数P ’小时的延迟τ及其发生频率、对应码语的关系 例的图。图5是用坐标图和表表示乘数P ’大时的延迟τ及其发生频率、对应码语的关系 例的图。图6是表示第1实施例的解码装置的功能结构例的方框图。图7是表示图6所示的装置的处理步骤例的流程图。图8是表示第2实施例的编码装置的要部的功能结构例的方框图。图9是表示图8所示的装置的处理步骤例的流程图。图10是用坐标图和表表示乘数P ’比基准值大时的乘数P的发生频率和码语的 关系例的图。
图11是用坐标图和表表示乘数P ’为基准值以下时的乘数P的发生频率和码语 的关系例的图。图12是表示乘数编码单元22的另一个实施例的方框图。图13是用坐标图和表表示差分乘数Δ ρ的发生频率和码语的关系的图。图14是表示第2实施例的解码侧的乘数解码单元54的功能结构例的方框图。图15是表示图14所示的装置的处理步骤例的流程图。图16是用坐标图和表表示乘数及其发生频率和码语的另一个关系例的图。图17是表示乘数的发生频率和码语的再一个例子的图。图18是表示时间延迟τ的编码步骤的另一个例子的流程图。图19是表示与图18对应的解码的步骤例的流程图。图20是表示时间延迟τ的编码方法的选择处理步骤的另一个例子的流程图。图21是用于说明将乘数编码和波形编码的组最佳化的编码的表示要部的结构的 方框图。图22是表示使用多个延迟抽头(tap)数时的编码装置的结构的方框图。图23是表示与图22的编码装置对应的解码装置的结构的方框图。图24是表示第5实施例的编码装置的功能结构例的方框图。图25是表示在基于多个样本生成长期预测信号时应用了本发明的编码装置的要 部的功能结构例的方框图。图26是表示与图25的编码装置对应的解码装置的要部的功能结构例的方框图。
具体实施例方式〔第1实施例〕编码侧以下，参照
本发明的实施例，但在附图中对于对应的部分赋予相同的参 照标号而省略重复说明。在图1中表示第1实施例的编码装置的功能结构例，在图2中表 示其处理步骤例。首先，在具体说明本发明之前，对长期预测编码方法简单地进行说明。在图1中， 对输入端子11提供以一定周期对信号波形采样而得到的数字样本的时间系列信号。该样 本的时间系列信号由区间分割单元12分割为规定区间(称为帧)，例如每1024 8192个 样本的处理单位(步骤Si)。来自区间分割单元12的时间系列信号x(i) (i表示样本号) 被延迟单元13延迟τ样本(将延迟量表示为Ζτ)，作为信号x(i_ τ)输出(步骤S2)。乘 法单元14对作为延迟单元13的输出的比当前样本提早τ样本的样本(也被称为时间延 迟τ的样本)x(i_ τ)乘以被量化的乘数(以下，称为量化乘数)ρ ’，并且其相乘结果作为 长期预测信号由减法单元15从当前样本x(i)减去，得到误差信号y(i)。通常，τ和P’从编码的时间系列信号的自相关函数求出。在将x(i)设为编 码的时间系列信号，将帧内的样本数设为N，将该帧的时间系列信号x(i)的向量设为X = (x(0),…x(N-l))，将与该向量对应的延迟了 τ样本的向量设为Χτ = (χ (-τ ),…， χ(Ν-Ι-τ))时，求将下述的失真d最小化的τ即可。d = x-P χτ I2(1)
为此，首先，通过将用P对式(1)进行偏微分而得到的式设为零来得到下式。〔算式1〕
权利要求
一种长期预测编码方法，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去相乘结果而得到误差信号样本，该相乘结果通过对从所述输入样本时间系列信号的所述当前样本开始时间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测编码方法包括(a)对每个帧选择下列四种方法之一的步骤，(1)对所述帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码，(3)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出时间延迟码，(4)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，所述切换码表示所选择的四种方法之一，所述辅助码通过编码时间延迟和乘数而得到，所述波形码通过编码误差信号样本而得到；以及(b)输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合的步骤。
2.一种长期预测编码方法，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去相乘结果而得 到误差信号样本，该相乘结果通过对从所述输入样本时间系列信号的所述当前样本开始时 间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测编码方法包括(a)对每个帧选择下列两种方法之一的步骤，(1)对所述帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，所述切换码 表示所选择的两种方法之一，所述辅助码通过编码时间延迟和乘数而得到，所述波形码通 过编码误差信号样本而得到；以及(b)输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合的步骤。
3.一种长期预测解码方法，将误差信号的当前样本与相乘结果相加而得到再构成的时 间系列信号样本，该相乘结果通过对再构成的时间系列信号的仅进行所述时间延迟的过去 样本乘以乘数而得到，所述长期预测解码方法包括(a)对每个帧，基于表示下列四种方法之一的切换码，从辅助码对时间延迟和乘数进行 解码的步骤，(1)对所述帧将乘数和时间延迟解码一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数，(3)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码时间延迟，以及(4)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数和时间延迟。
4.一种长期预测解码方法，将误差信号的当前样本与相乘结果相加而得到再构成的时 间系列信号样本，该相乘结果通过对再构成的时间系列信号的仅进行所述时间延迟的过去 样本乘以乘数而得到，所述长期预测解码方法包括(a)对每个帧，基于表示下列两种方法之一的切换码，从辅助码对时间延迟和乘数进行 解码的步骤，(1)对所述帧将乘数和时间延迟解码一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数和时间延迟。
5.一种长期预测编码装置，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去相乘结果而得到误差信号样本，该相乘结果通过对从所述输入样本时间系列信号的所述当前样本开始时 间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测编码装置包括最小值选择单元，对每个帧选择下列四种方法之一，(1)对所述帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码，(3)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出时间延迟码，(4)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，所述切换码 表示所选择的四种方法之一，所述辅助码通过编码时间延迟和乘数而得到，所述波形码通 过编码误差信号样本而得到；以及合成单元，输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合。
6.一种长期预测编码装置，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去相乘结果而得 到误差信号样本，该相乘结果通过对从所述输入样本时间系列信号的所述当前样本开始时 间延迟的过去样本乘以乘数而得到，所述长期预测编码装置包括最小值选择单元，对每个帧选择下列两种方法之一，(1)对所述帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，所述切换码 表示所选择的两种方法之一，所述辅助码通过编码时间延迟和乘数而得到，所述波形码通 过编码误差信号样本而得到；以及合成单元，输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合。
7.一种长期预测解码装置，将误差信号的当前样本与相乘结果相加而得到再构成的时 间系列信号样本，该相乘结果通过对再构成的时间系列信号的仅进行所述时间延迟的过去 样本乘以乘数而得到，所述长期预测解码装置包括解码单元，对每个帧，基于表示下列四种方法之一的切换码，从辅助码对时间延迟和乘 数进行解码，(1)对所述帧将乘数和时间延迟解码一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数，(3)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码时间延迟，以及(4)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数和时间延迟。
8.一种长期预测解码装置，将误差信号的当前样本与相乘结果相加而得到再构成的时 间系列信号样本，该相乘结果通过对再构成的时间系列信号的仅进行所述时间延迟的过去 样本乘以乘数而得到，所述长期预测解码装置包括解码单元，对每个帧，基于表示下列两种方法之一的切换码，从辅助码对时间延迟和乘 数进行解码，(1)对所述帧将乘数和时间延迟解码一次，(2)对所述帧分割成的多个副帧的每个副帧解码乘数和时间延迟。
9.一种程序，用于在计算机上实施权利要求5至8任一项的装置。
10.一种记录介质，其上记录有程序，该程序用于在计算机上实施权利要求5至8任一项的装置。
全文摘要
长期预测编码和长期预测解码的方法和装置。一种长期预测编码方法，从输入样本时间系列信号的当前样本中减去相乘结果而得到误差信号样本，该相乘结果通过对从输入样本时间系列信号的当前样本开始时间延迟的过去样本乘以乘数而得到，包括(a)对每个帧选择下列四种方法之一的步骤，(1)对帧将乘数码和时间延迟码输出一次，(2)对帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码，(3)对帧分割成的多个副帧的每个副帧输出时间延迟码，(4)对帧分割成的多个副帧的每个副帧输出乘数码和时间延迟码，以使切换码和辅助码以及波形码的组合的综合码量最小或编码失真最小，以及(b)输出所述切换码和辅助码以及波形码的组合的步骤。
文档编号G10L19/08GK101996637SQ201010510268
公开日2011年3月30日 申请日期2006年1月11日 优先权日2005年1月12日
发明者原田登, 守谷健弘, 嵯峨山茂树, 西本卓也, 镰本优 申请人:日本电信电话株式会社;国立大学法人东京大学