专利名称：编码装置和编码方法
技术领域：
本发明涉及用于将信号编码后传输的通信系统的编码装置和编码方法。
背景技术：
在以互联网通信为代表的分组通信系统、或者移动通信系统等中传输语音信号/音乐信号吋，为了提高语音信号/音乐信号的传输效率，经常使用压缩技术/编码技木。另夕卜，一方面对于只以低比特率编码语音信号/音乐信号的技术的需求正在高涨，另一方面对于对更宽频带的语音信号/音乐信号进行编码的技术、以及对于以低处理运算量进行编解码而不使音质恶化的技术的需求也正在高涨。对于这些需求开发了削减处理运算量而不使解码信号的质量恶化的各种技术。例如在专利文献I所公开的技术中，在CELP(Code Excited Linear Prediction:码激励线性预测)型的编码装置中，削減了基音周期捜索(自适应码本搜索)的处理运算量。具体而言，编码装置使自适应码本的更新稀疏化。作为稀疏化的处理方法采用如下的方法:在样本的振幅不超过一定的阈值的情况下，将样本值置换为零(0)。由此，在捜索基音周期吋，省略对样本的值为0的部分的处理(具体而言为乘法运算处理)，从而削减运算量。另外，除了公开有使上述阈值对各处理自适应地可变的结构之外，还公开了如下的结构，S卩:按各样本的绝对值从大到小的顺序加以排序，将从该排序中除了排在前面的所希望的样本数之外的样本的值置换为零(0)。现有技术文献 专利文献专利文献I日本特开平5-61499号公报
发明内容
发明要解决的问题在专利文献I中公开了编码装置对各处理(子帧处理)自适应地切換如下阈值的结构等，其中该阈值是用于选择在基音周期捜索时进行稀疏化的样本(将值取为零(0)值的样本)的阈值。但是，在上述方法中，确实有可能会削减帧整体的平均处理运算量，但能够削减运算量的子帧和无法削减运算量的子帧混在一起，作为每ー帧的处理未必能够削减处理运算量。換言之，在上述方法中，无法保证削减最坏情况的处理运算量(处理运算量变为最大的帧中的处理运算量)。因此，不便解码信号的质量劣化，而在每一子帧的处理中，也需要大幅度削减处理运算量。本发明的目的在于，提供编码装置和编码方法，其能够在输入信号的编码时进行基音周期捜索这样的相关运算的情况下，不便解码信号的质量劣化而必然削减每一子帧的处理运算量(削减最坏情况(worst case)的处理运算量)。用于解决问题的方案本发明的ー个方面的编码装置，其对输入信号进行编码而生成编码信息，包括:第一信号生成単元，使用所述输入信号生成第一信号；第二信号生成単元，通过预定的方法生成第二信号；设定单元，对划分所述输入信号的帧所得的多个处理単位的每ー个处理单位设定重要度；以及相关计算単元，根据所设定的所述每ー个处理単位的所述重要度，将所述每ー个处理单位内的构成第一信号和第二信号的至少一方的信号的多个样本中预定数的样本的振幅值设为O，计算将所述预定数的样本的振幅值设为O的一方信号与另一方信号之间的相关。本发明的ー个方式的编码方法，其对输入信号进行编码而生成编码信息，包括:第一信号生成步骤，使用所述输入信号生成第一信号；第二信号生成步骤，通过预定的方法生成第二信号；设定步骤，对划分所述输入信号的帧所得的多个处理単位的每ー个处理单位设定重要度；以及相关计算步骤，根据所设定的所述每ー个处理単位的所述重要度，将所述每ー个处理单位内的构成第一信号和第二信号的至少一方的信号的多个样本中预定数的样本的振幅值设为0，计算将所述预定数的样本的振幅值设为0的一方信号与另一方信号之间的相关。发明的效果根据本发明，通过在对输入信号进行相关运算吋，将用于相关运算的样本对每个处理自适应地进行调节，从而能够抑制输出信号的质量劣化，井能大幅度地削减处理运算量。此外，通过预先在帧整体中判定各子帧的重要度，根据各子帧的重要度，对各子帧确定用于相关运算的样本数，从而能够保证削减最坏情况(worst case)的处理运算量。
图1是表示本发明ー个实施方式的具有编码装置和解码装置的通信系统的结构的框图。图2是本发明一个实施方式的图1所示的编码装置内部的主要结构的框图。图3是表示本发明ー个实施方式的图2所示的CELP编码单元内部的主要结构的框图。图4是表示本发明ー个实施方式的图1所示的解码装置内部的主要结构的框图。标号说明101编码装置102传输路径103解码装置201子帧能量计算单元202重要度判定单元203CELP 编码单元301预处理单元302听觉加权单元303稀疏处理单元304LPC分析单元305LPC量化单元306,403自适应激励码本
307,404量化增益生成单元308，405固定激励码本309，310，406，407 乘法单元311，313，408 加法单元312听觉加权合成滤波器314參数确定单元315复用单元401分离单元402LPC解码单元409合成滤波器410后处理单元
具体实施例方式以下，參照·附图详细说明本发明的实施方式。此外，作为本发明的编码装置和解码装置，以语音编码装置和语音解码装置为例进行说明。图1是表示本发明实施方式的具有编码装置和解码装置的通信系统的结构的框图。在图1中，通信系统具有编码装置101和解码装置103，各自处于经由传输路径102可进行通信的状态。此外，编码装置101和解码装置103通常都装载于基站装置或通信終端装置等而被使用。编码装置101将输入信号每N样本进行划分(N为自然数)，将N采本作为I帧而
对每帧进行编码。这里，将成为编码对象的输入信号表示为Xn(n = 0.....N-l)。n表示在
每N采本划分出的输入信号中的第n+1信号元素。编码装置101将编码后的输入信息(编码信息)经由传输路径102发送到解码装置103。解码装置103经由传输路径102接收从编码装置101发送的编码信息，将该编码信息进行解码而得到输出信号。图2是表示图1所示的编码装置101的内部结构的框图。编码装置101主要包括:子帧能量计算单元201、重要度判定単元202以及CELP编码单元203。此外，子帧能量计算単元201和重要度判定単元202以帧单位进行处理，CELP编码单元203以子帧単位进行处理。以下说明各处理的细节。输入信号被输入到子帧能量计算单元201中。子帧能量计算单元201将输入的输
入信号首先划分成子帧。以下，说明例如将输入信号Xn(n = 0.....N-10即N个采本)划
分成Ns个子巾贞(子巾贞索引k = 0 Ns-1)的结构。然后，子帧能量计算单元201对划分出的每个子帧，根据式(I)计算子帧能量Ek (k=0、…、Ns-1)。然后，子帧能量计算单元201将计算出的子帧能量Ek输出到重要度判定単元202。在此，式(I)中的Startk和endk分别表示子帧索引k的子帧中开头的样本索引和最末尾的样本索引。
endkEk = E(も)2 (k=0,---,Ns -1) ..(I)
i=start子帧能量Ek (k = O、…、Ns-1)从子帧能量计算单元201输入到重要度判定单元202。重要度判定単元202基于子帧能量设定各子帧的重要度。具体而言，重要度判定単元202对于子帧能量越大的子帧则将其重要度设定得越高。以下，将对于各子帧设定的重要度称为重要度信息。以下，将重要度信息表示为Ik(k = O、…、Ns-1)，设定为Ik的值越小则重要度越高。例如，重要度判定単元202将对输入的各子帧的子帧能量Ek以降序进行排序，从与排序后的开头的子帧能量对应的子帧(子帧能量最大的子帧)开始依次设定从高到低的重要度(即，值从小到大的重要度信息Ik)。例如，在子帧能量Ek处于式(2)的关系时，重要度判定单元202如式(3)那样设定各子帧(CELP编码的处理单位)的重要度(重要度信息Ik)。E0 ^ E2 ^ E1 ^ E3 …(2)10 = II1 = 3 …(3)I2 = 2I3 = 4即，子帧能量Ek越大，重要度判定単元202将该子帧的重要度设定得越高(将重要度信息Ik设定得越小)。这里，在式(3)中，I帧内的各子帧的重要度信息Ik互不相同。即，重要度判定単元202设定重要度以使I帧内的各子帧的重要度信息Ik之间始终存在差别。然后，重要度判定単元202将设定的重要度信息Ik(k = O、…、Ns-1)输出到CELP编码单元203。此外，在式(2)和式(3)中，举出子帧数为4的例子进行了说明，但本发明并不限定子帧数，也能够同样适用于作为ー个例子说明的子帧数为4这种情况以外的子帧数。另外，式(3)只不过示出设定重要度信息Ik的ー个例子，本发明同样能够适用于使用了式⑶以外的值的设定。输入信号和来自重要度判定单元202的重要度信息Ik(k = O、…、Ns-1)被输入到CELP编码单元203。CELP编码单元203使用输入的重要度信息，进行输入信号的编码。以下，说明CELP编码单元203中的编码处理的细节。图3是表示CELP编码单元203的内部结构的框图。CELP编码单元203主要包括:预处理单元301、听觉加权单元302、稀疏处理单元303、LPC (Linear PredictionCoefficient:线性预测系数)分析单元304、LPC量化单元305、自适应激励码本306、量化增益生成单元307、固定激励码本308、乘法单元309、310、加法单元311、313、听觉加权合成滤波器312、參数确定单元314以及复用単元315。以下，说明各处理单元的细节。预处理単元301对输入信号Xn-行去除DC分量的高通滤波器处理、谋求后续的编码处理的性能改善的整波处理或预加重处理，然后将实施了这些处理的输入信号Xn(n =O、...,N-1)输出到听觉加权单元302和LPC分析单元304。听觉加权单元302使用从LPC量化单元305输出的量化LPC，对于从预处理单元
301输出的输入信号Xn-行听觉上的加权 ，从而生成听觉加权输入信号WXn(n = 0.....N-1)。然后，听觉加权单元302将听觉加权输入信号WXn输出到稀疏处理单元303。稀疏处理単元303使用从重要度判定単元202 (图2)输入的重要度信息Ik(k =O、…、Ns-1)，对于从听觉加权单元302输入的听觉加权输入信号WXn进行稀疏处理。S卩，稀疏处理単元303进行如下的稀疏处理:使各子帧k中的构成输入信号WX的多个样本(样本索引Startk endk)内预定数的样本的振幅值变为O。以下说明稀疏处理的细节。稀疏处理単元303基于输入的重要度信息Ik(k = O、…、Ns-1)，对于输入的听觉加权输入信号WXn-行稀疏处理。这里，作为稀疏处理的一例说明如下的处理，即:对于听觉加权输入信号wxn，从振幅绝对值最大的顺序起选择预定的数的样本(sample)，对除此之外的样本使其值为O。此外，这里，基于重要度信息Ik(k = O、…、Ns-1)适当地确定上述预定的数。在以下的式⑷中示出重要度信息Ik(k = O、…、Ns-1)为式(3)情况下的上述预定的数的设定例。这里，将预定的数表示为Tk(k = O、…、Ns-1)，在式⑷中示出子帧数Ns为4的情况的例子。T0 = 12T1 = 6…(4)T2 = 10T3 = 8在式(4)的情况下，稀疏处理単元303在第一子帧(子帧索引k = 0)中，对于听觉加权输入信号WXn(n = Start0 endj从振幅绝对值大的一方选择预定的数Tci = 15个的样本，将选择出的样本以外的样本的值设定为O。同样地,稀疏处理单兀303在第二子中贞(子巾贞索引k = I)中，对于听觉加权输入信号WXn(n = Start1 enc^)从振幅绝对值最大的样本起选择预定的数T1 = 10个的样本，将选择出的样本以外的样本的值设定为O。对于第三子帧、第四子帧(子帧索引k = 2，3)也是同样的处理。S卩，稀疏处理単元303设定为对于重要度信息Ik的值越小的子帧(重要度越高的子帧)，预定的数Tk变得越大。換言之，作为稀疏处理单元303，对于重要度信息Ik的值越小的子帧(重要度越高的子帧)越減少振幅值为0的样本数。另外，稀疏处理単元303使在各子帧中构成输入信号 的多个样本中、振幅值更小的预定数的样本(即，(I子帧内的样本数-Tk)个的样本)的振幅值为O。然后，稀疏处理単元303将经过稀疏处理后的输入信号(稀疏化听觉加权输入信号SWXn)输出到加法单元313。LPC分析単元304使用从预处理单元301输出的输入信号Xn，进行线性预测分析，将分析结果(线性预测系数:LPC)输出到LPC量化単元305。LPC量化单元305进行从LPC分析单元304输出的线性预测系数(LPC)的量化处理，将得到的量化LPC输出到听觉加权单元302和听觉加权合成滤波器312。另外，LPC量化单元305将表示量化LPC的代码(L)输出到复用单元315。自适应激励码本306将先前由加法単元311输出的激励源存储在缓存器中，从利用后述的參数确定单元314输出的信号确定的先前的激励源中截取I帧的样本作为自适应激励矢量，并将其输出到乘法单元309。量化増益生成単元307将由參数确定单元314输出的信号所确定的量化自适应激励増益和量化固定激励増益分别输出到乘法单元309和乘法单元310。固定激励码本308将具有由參数确定单元314输出的信号所确定的形状的脉冲激励矢量作为固定激励矢量输出到乘法单元310。此外，也可以是，固定激励码本308将脉冲激励矢量和扩散矢量相乘所得的矢量作为固定激励矢量而输出到乘法单元310。乘法单元309将从量化増益生成単元307输出的量化自适应激励増益乘以从自适应激励码本306输出的自适应激励矢量，从而将乘以增益后的自适应激励矢量输出到加法单元311。另外，乘法单元310将从量化增益生成单元307输出的量化固定激励增益乘以从固定激励码本308输出的固定激励矢量，将乘以增益后的固定激励矢量输出到加法单元311。加法单元311将从乘法单元309输出的乘以增益后的自适应激励矢量与从乘法单元310输出的乘以增益后的固定激励矢量进行矢量加法运算，将加法结果、即激励源输出到听觉加权合成滤波器312和自适应激励码本306。此外，输出到自适应激励码本306的激励源存储在自适应激励码本306的缓存器中。听觉加权合成滤波器312使用基于从LPC量化单元305输出的量化LPC的滤波器
系数，对于从加法单元311输出的激励源进行滤波器合成而生成合成信号HPn(η = 0.....Ν-1)，将合成信号HPn输出到加法单元313。加法单元313通过使从听觉加权合成滤波器312所输出的合成信号HPn的极性反转，将极性反转后的合成信号与从稀疏处理单元303输出的稀疏化听觉加权输入信号SWXn相加，从而计算误差信号，并将误差信号输出到参数确定单元314。
参数确定单元314分别从自适应激励码本306、固定激励码本308以及量化增益生成单元307选择使从加法单元313输出的误差信号的编码失真最小的自适应激励矢量、固定激励矢量以及量化增益，将表示选择结果的自适应激励矢量代码(A)、固定激励矢量代码(F)以及量化增益代码(G)输出到复用单元315。这里，说明加法单元313和参数确定单元314中的处理的细节。编码装置101通过求被实施了特定的处理(预处理、听觉加权处理等)的输入信号和下述合成信号之间的相关，对输入信号进行编码，该合成信号是使用码本(自适应激励码本306、固定激励码本308)以及基于量化LPC的滤波器系数而生成的合成信号。具体而言，参数确定单元314搜索与稀疏化听觉加权输入信号SWXn之间的误差(编码失真)最小的合成信号HPn(S卩、各种索引(代码(A)、(F)、(G)))。通过下述那样进行此时的误差计算。通常，能够如式(5)那样计算这两个信号(合成信号HPn和稀疏化听觉加权输入信号SWXn)的误差Dk。
权利要求
1.编码装置，其对输入信号进行编码而生成编码信息，包括: 第一信号生成単元，使用所述输入信号生成第一信号； 第二信号生成単元，通过预定的方法生成第二信号； 设定单元，对划分所述输入信号的帧所得的多个处理単位的每ー个处理单位设定重要度；以及 相关计算単元，根据所设定的所述每ー个处理単位的所述重要度，将所述各处理单位内的构成第一信号和第二信号的至少一方的信号的多个样本中预定数的样本的振幅值设为O，计算将所述预定数的样本的振幅值设为O的一方信号与另一方信号之间的相关。
2.如权利要求1所述的编码装置， 所述相关计算单元对所述重要度越高的所述处理単位，越減少振幅值为O的样本数。
3.如权利要求1所述的编码装置， 所述设定単元基于所述每ー个处理单位的能量设定所述重要度。
4.如权利要求3所述的编码装置， 所述设定単元对所述能量越大的所述处理単位，设定越高的所述重要度。
5.如权利要求1所述的编码装置， 所述相关计算单元将所述每ー个处理单位内的所述多个样本中的振幅值更小的所述预定数的样本的振幅值设为O。
6.如权利要求1所述的编码装置， 所述相关计算单元计算基音周期搜索时的所述相关。
7.如权利要求1所述的编码装置， 所述设定单元设定所述重要度，以使所述帧内的所述每ー个处理単位的所述重要度之间始终有差別。
8.通信終端装置，其具有权利要求1所述的编码装置。
9.基站装置，其具有权利要求1所述的编码装置。
10.编码方法，其对输入信号进行编码而生成编码信息，包括: 第一信号生成步骤，使用所述输入信号生成第一信号； 第二信号生成步骤，通过预定的方法生成第二信号； 设定步骤，对划分所述输入信号的帧所得的多个处理単位的每ー个处理单位设定重要度；以及 相关计算步骤，根据所设定的所述每ー个处理単位的所述重要度，将所述每ー个处理単位内的构成第一信号和第二信号的至少一方的信号的多个样本中预定数的样本的振幅值设为0，计算将所述预定数的样本的振幅值设为0的一方信号与另一方信号之间的相关。
全文摘要
本发明的编码装置，其在对于输入信号进行相关运算时，通过对每个处理自适应地调节在相关运算中利用的样本，从而能够抑制输出信号的质量劣化，并且能够大幅度地削减处理运算量。该编码装置(101)通过求使用输入信号生成的第一信号与通过预定的方法生成的第二信号之间的相关，从而对输入信号进行编码，重要度判定单元(202)对划分输入信号的帧所得的多个处理单位的每一个单位设定重要度，CELP编码单元(203)进行稀疏处理，所述稀疏处理根据所设定的各处理单位的重要度，将所述各处理单位内的构成第一信号和第二信号的至少一方的信号的多个样本中预定数的样本的振幅值设为0，并且该CELP编码单元(203)计算对任一方经过稀疏处理后的第一信号和第二信号之间的相关。
文档编号G10L19/10GK103119650SQ201180046260
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月7日 优先权日2010年10月20日
发明者山梨智史, 押切正浩 申请人:松下电器产业株式会社