[发明专利]基于频谱动力学的信号编码和解码

说明书

根据35U.S.C§119主张优先权

本专利申请案主张2005年10月21日申请的题为“基于频谱动力学的信号编码和解码(Signal Coding and Decoding Based on Spectral Dynamics)”的第60/729,044号美国临时申请案的优先权，且所述临时申请案转让给本受让人，且明确以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明一般涉及信号处理，且更特定来说，涉及用于存储和检索或用于通信的信号的编码和解码。

背景技术

在数字电信中，信号需要经编码以进行传输且信号需要经解码以进行接收。信号的编码涉及将原始信号转换为适于在传输媒体上传播的格式。目标为保持原始信号的质量但消耗媒体的较少带宽。信号的解码涉及编码过程的相反过程。

已知的编码机制使用脉冲编码调制(PCM)技术。例如参看图1，其展示可为语音信号的片段的时变信号x(t)。y轴和x轴分别表示振幅和时间。模拟信号x(t)由多个脉冲20取样。每一脉冲20具有表示特定时间的信号x(t)的振幅。例如，其后，可将脉冲20中的每一者的振幅编码为用于随后传输的数字值。

为节约带宽，在传输之前，可使用对数压扩过程压缩PCM脉冲20的数字值。在接收结束时，接收器仅执行上述编码过程的相反过程以恢复原始时变信号x(t)的近似版本。使用上述机制的设备通常称为a律或μ律编码解码器。

随着用户的数目增加，存在对带宽节约的进一步的实际需要。例如，在无线通信系统中，大量用户可共用有限的频谱。通常为每一用户在其他用户之间分配有限带宽。

过去十多年以来，语音编码器的发展已取得相当大的进步。通常采用的技术使用码激发线性预测(CELP)方法。CELP方法的细节可在下列出版物中找到：普兰迪斯霍尔(Prentice Hall)于1978年9月出版的莱比纳(Rabiner)和斯卡福(Schafer)的ISBN为0132136031的题为“语音信号的数字处理(Digital Processing of Speech Signals)”的出版物；和由依雷IEEE印刷厂(Wiley-IEEE Press)的戴勒(Deller)、普洛基斯(Proakis)和汉森(Hansen)于1999年9月出版的ISBN为0780353862的题为“语音信号的离散时间处理(Discrete-Time Processing of Speech Signals)”的出版物。下文简要描述作为CELP方法的基础的基本原理。

现返回参看图1。使用CELP方法而并非单独地以数字编码并传输每一PCM样本20，以群的方式编码并传输PCM样本20。例如，首先将图1中的时变信号x(t)的PCM脉冲20分割为多个帧22。每一帧22具有固定的持续时间(例如20ms)。将每一帧22内的PCM样本20经由CELP机制共同编码且随后传输。经取样的脉冲的示范性帧为在图1中展示的PCM脉冲群22A-22C。

出于简单起见，仅采用三个PCM脉冲群22A-22C进行说明。在传输之前的编码期间，将PCM脉冲群22A-22C的数字值连续地馈送到线性预测器(LP)模块。所得输出为也称为“LP过滤器”或简称为“过滤器”的频率值的集合，其基本上表示脉冲群22A-22C的频谱成分。接着量化LP过滤器。

LP模块产生PCM脉冲群22A-22C的频谱表示的近似。因此，在预测过程期间，引入误差或残余值。将残余值映射到码本，所述码本载运可用于紧密匹配PCM脉冲群22A-22C的经编码数字值的各种组合条目。映射码本中的最佳拟合值。经映射的值为待传输的值。整个过程称为时域线性预测(TDLP)。

因此，在电信中使用CELP方法，编码器(未图示)仅需产生LP过滤器和经映射的码本值。传输器仅需传输LP过滤器和经映射的码本值，而非如上述的a律和μ律编码器中的个别编码的PCM脉冲值。因此，可节省大量的通信信道带宽。

在接收器端，也具有类似于传输器中的码本的码本。接收器中的依赖于相同码本的解码器(未图示)仅需颠倒如上所述的编码过程。与所接收的LP过滤器一起，可恢复时变信号x(t)。