[发明专利]线性预测滤波系数量化器及滤波器组

说明书

本发明涉及数据通信设备(如调制解调器)。具体地说，本发明涉及通过同一通信设施传输语音和数据两种信号的技术。

1993年6月14日递交的Bremer等人的相关未决、共同转让的美国专利申请No.08/076505“模拟和数字同时通信”(“Simulta-neous Analog ank Digital Communication”)揭示了一种语音和数据同时(SVD)调制解调器。在这种调制解调器中，语音信号被叠加到数字信号上，以便通过一个通信信道传输给接收方的调制解调器。

在这种模拟和数字同时通信的系统中，需要发送的数据信号由一个数据符号序列表示，其中的每个数据符号与一个信号空间内特定的N维信号点值相应。类似，由语音信号表示的模拟信号经过处理，使它映射到这个N维信号空间内，以提供一个语音信号点。这个语音信号点定义了一个语音信号向量的相对于该信号空间的原点的幅度和角度。数据符号和语音信号向量相加，得出一个合成的N维信号点，发送给远端的调制解调器。

一收到所发送的N维信号点，远端调制解调器的接收机就检测出所隐埋的数据符号，再从所接收的N维信号点中减去这数据符号，得出语音信号向量。然后，用语音信号向量恢复原来的语音信号。

这样，通过将数据构象划分成一系列声音区域而不是离散数据点在单个公共电话交换网(PSTN)电路中形成了独立的全双2声音和数据信道。在给定的波特时间内发射一个符号的区域决定了对这个符号所要传送的数据，而在这区域内的位置确定了在这段时间内所要传送的声音信号。

在这种系统中，要求对声音信号加以处理，以提高它的抗噪声和在PSTN信道中产生的其他污染的能力。在可采取的各种处理方式中有一种是通过线性预测未减少发射信号中的冗余量。这种处理方式是以过去采样值的线性组合产生一个当前采样值的估值，然后从实际的当前采样值中减去这个估值，用所得到的差，亦即所谓残差，代替原信号发送给对方接收机。此外，还发送出如何形成估值的信息。接收机利用这信息产生信号估值，再加上所接收的残差，从而形成一个得到恢复的原信号。

常用的语言信号线性预测器通常都是8阶、10阶或更高阶的。这阶次是指估计当前采样值所要用到的过去采样值的个数。在产生当前采样值的估值的过程中，各过去采样值分别乘以相应的“预测系数”，再将所得到的这些乘积相加，组合成当前采样值的估值。预测系数本身是根据对输入采样值进行短期统计计算周期性地得出的。通常，这些预测系数要经过量化，也就是说，限制在一个有限值集中。

不幸的是，及时确定量化预测系数是一个复杂的处理过程，特别是受到调制解调器硬件的限制。通常，首先要根据各采样值的“归一化”自相关系数导出“理想”的，也就是未量化的预测系数。这本身就又增添了相当的复杂性。最后，一旦产生了理想预测系数，还要通过一个量化表将这些理想预测系数量化成量化值。

本发明已经实现了一种对线性预测器的预测系数组进行量化的简化方法。具体地说，按照本发明所提出的方法，量化预测系数直接根据归一化自相关系数选取而不用通过产生理想预测系数这样的中间步骤。

在本发明的一个实施例中，SVD调制解调器中有一个预加重滤波器，用来处理声源信号，例如语音信号。这个预加重滤波器的实现是一个二阶线性预测器，它选取一组量化预测系数与前两个采样值相乘，以得出一个当前采样值的估值。所选择的这组量化预测系数是直接根据归一化自相关系数确定的而不用产生理想预测系数。

与这样量化方法紧密相连的是产生一组各具相应量化系数的滤波器。这组滤波器可以提供较好的线性测系统性能，而所用的量化算法也得到了简化。

在本说明的附图中：

图1示出了体现了本发明原理的一个语音和数据同时通信系统的方框图；

图2示出了一个语音和数据同时调制解调器的方框图；

图3为提供一个辅助通信信道的SVD符号块的例示图；

图4为SVD调制解调器100中体现本发明原理的部分的例示性方框图；

图5为按照本发明原理用来选择一个归一化自相关系数的量化值的例示性表；

图6为按照本发明原理用来选择预测系数的例示性表；以及

图7示出了由图6的表所表示的滤波器组的零极点图。