[发明专利]音频编码和解码中的激励处理

说明书

根据35U.S.C§119主张优先权

本专利申请案主张2006年4月10日申请的题为“音频编码中基于子带中的频谱动态的激励处理(Processing of Excitation in Audio Coding Based on Spectral Dynamics inSub-Bands)”的第60/791,042号美国临时申请案的优先权，所述临时申请案转让给本受让人且明确地以引用的方式并入本文中。 

技术领域

本发明大体上涉及信号处理，且更明确地说，涉及编码和解码信号以供存储和检索或以供通信。 

背景技术

在数字电信中，信号需要经编码以供传输且需要经解码以供接收。信号的编码与将原始信号转换为适于在传输媒体上传播的格式相关。目标是保持原始信号的质量，但消耗较少的媒体带宽。信号的解码涉及编码过程的反转。 

已知的编码方案使用脉冲编码调制(PCM)技术。举例来说，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。举例来说，此后可将所述脉冲20中的每一者的振幅编码为数字值以供稍后传输。 

为了节省带宽，在传输之前可使用对数压扩过程来压缩PCM脉冲20的数字值。在接收端处，接收器仅执行上述编码过程的反转以恢复原始时变信号x(t)的近似型式。采用上述方案的设备通常称为α法则或μ法则编解码器。 

随着用户数目增大，存在对带宽节省的进一步实际需要。举例来说，在无线通信系统中，大量用户可共享有限的频谱。通常为每一用户在其它用户之间分配有限带宽。 

在过去十年左右，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代码激励线性预测(CELP)方法。CELP方法的细节可参阅下列出版物：普伦蒂斯霍尔(Prentice Hall)于1978年9月出版的ISBN为0132136031的由拉比纳(Rabiner)和谢弗(Schafer)编著的题为“语音信号的数字处理(Digital Processing of Speech Signals)”的出版物；和威利电气与电子工程师协会出版社(Wiley-IEEE Press)于1999年9月出版的ISBN为0780353862的由德乐(Deller)、普罗科斯(Proakis)和汉森(Hansen)编 著的题为“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。通过使用CELP方法而非个别地数字编码并传输每一PCM样本20，以群组形式编码并传输PCM样本20。举例来说，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方案共同编码且随后进行传输。经取样脉冲的示范性帧是图1中所展示的PCM脉冲群组22A到22C。 

为简单起见，仅采用三个PCM脉冲群组22A到22C以进行说明。在传输之前的编码期间，将PCM脉冲群组22A到22C的数字值连续地馈送到线性预测器(LP)模块。所得输出是一组频率值，还称为“LP滤波器”或简称为“滤波器”，其基本上表示脉冲群组22A到22C的频谱内容。接着量化所述LP滤波器。 

LP模块产生PCM脉冲群组22A到22C的频谱表示的近似值。如此，在预测过程期间，引入误差或残值。将残值映射到代码簿，所述代码簿载运可用于紧密匹配PCM脉冲群组22A到22C的经编码数字值的各种组合的条目。映射代码簿中的最拟合的值。经映射的值是待传输的值。整个过程被称为时域线性预测(TDLP)。 

因此，在电信中使用CELP方法，编码器(未图示)仅必须产生LP滤波器和经映射的代码簿值。传输器仅需要传输LP滤波器和经映射的代码簿值，而非如上述a法则和μ法则编码器中传输经个别编码的PCM脉冲值。因此，可节省实质量的通信信道带宽。 

在接收器端上，也具有与传输器中的代码簿类似的代码簿。接收器中的解码器(未图示)(依赖于同一代码簿)仅必须反转如上所述的编码过程。与所接收的LP滤波器一起，可恢复时变信号x(t)。