用于確定內(nèi)插因數(shù)組的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)案
[0002] 本申請(qǐng)案與2013年2月21日申請(qǐng)的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)案第61/767,461號(hào)"用 于確定一組內(nèi)插因數(shù)的系統(tǒng)和方法（SYSTEMSANDMETHODSFORDETERMININGASETOF INTERPOLATIONFACTORS) "有關(guān)且主張其優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明大體上涉及電子裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及用于確定內(nèi)插因數(shù)組的系 統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 最近幾十年中，電子裝置的使用已變得普遍。明確地說，電子技術(shù)的進(jìn)展已降低了 愈加復(fù)雜且有用的電子裝置的成本。成本降低和消費(fèi)者需求已使電子裝置的使用劇增，使 得其在現(xiàn)代社會(huì)中幾乎隨處可見。由于電子裝置的使用已推廣開來，因此具有對(duì)電子裝置 的新的且改善的特征的需求。更具體地說，人們常常尋求執(zhí)行新功能和/或更快、更高效且 以更高質(zhì)量執(zhí)行功能的電子裝置。
[0005] -些電子裝置（例如，移動(dòng)電話、智能型手機(jī)、音頻記錄器、攝錄影機(jī)、計(jì)算機(jī)等） 利用音頻信號(hào)。這些電子裝置可編碼、存儲(chǔ)和/或發(fā)射音頻信號(hào)。例如，一智能型手機(jī)可獲 得、編碼和發(fā)射用于電話呼叫的語音信號(hào)，同時(shí)另一智能型手機(jī)可接收所述語音信號(hào)并對(duì) 其進(jìn)行解碼。
[0006] 然而，在音頻信號(hào)的編碼、發(fā)射和解碼中存在特定挑戰(zhàn)。例如，音頻信號(hào)可經(jīng)編碼 以便減小發(fā)射所述音頻信號(hào)所需的頻寬量。當(dāng)音頻信號(hào)的一部分在傳輸中丟失時(shí)，可能難 以呈現(xiàn)準(zhǔn)確地解碼的音頻信號(hào)。從此論述可了解，改善解碼的系統(tǒng)和方法可為有益的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 描述一種用于通過電子裝置確定內(nèi)插因數(shù)組的方法。所述方法包含基于當(dāng)前幀特 性和先前幀特性確定值。所述方法也包含確定所述值是否在一個(gè)范圍之外。所述方法進(jìn)一 步包含在所述值在所述范圍之外的情況下基于所述值和預(yù)測(cè)模式指示符確定內(nèi)插因數(shù)組。 所述方法額外包含合成語音信號(hào)。
[0008] 確定所述內(nèi)插因數(shù)組可基于所述值在所述范圍之外的程度?？苫谠谒龇秶?部的一或多個(gè)閾值確定所述值在所述范圍之外的所述程度。
[0009] 所述預(yù)測(cè)模式指示符可指示兩個(gè)預(yù)測(cè)模式中的一者。所述預(yù)測(cè)模式指示符可指示 三個(gè)或三個(gè)以上預(yù)測(cè)模式中的一者。
[0010] 所述值可為基于當(dāng)前幀合成濾波器脈沖響應(yīng)能量和先前幀合成濾波器脈沖響應(yīng) 能量的能量比率。確定所述值是否在所述范圍之外可包含確定所述能量比率是否小于閾 值。所述值可包含當(dāng)前幀第一反射系數(shù)和先前幀第一反射系數(shù)。確定所述值是否在所述范 圍之外可包含確定所述先前幀第一反射系數(shù)是否大于第一閾值和所述當(dāng)前幀第一反射系 數(shù)是否小于第二閾值。
[0011] 所述方法可包含基于所述內(nèi)插因數(shù)組內(nèi)插子幀線譜頻率（LSF)向量?；谒鰞?nèi) 插因數(shù)組內(nèi)插子幀LSF向量可包含用第一內(nèi)插因數(shù)乘以當(dāng)前幀末端LSF向量、用第二內(nèi)插 因數(shù)乘以先前幀末端LSF向量和用差因數(shù)乘以當(dāng)前幀中間LSF向量。
[0012] 所述內(nèi)插因數(shù)組可包含兩個(gè)或兩個(gè)以上內(nèi)插因數(shù)。所述方法可包含在所述值不在 所述范圍之外的情況下利用默認(rèn)內(nèi)插因數(shù)組。
[0013] 所述預(yù)測(cè)模式指示符可指示當(dāng)前幀的預(yù)測(cè)模式。所述預(yù)測(cè)模式指示符可指示先前 幀的預(yù)測(cè)模式。
[0014] 描述一種用于確定內(nèi)插因數(shù)組的電子裝置。所述電子裝置包含值確定電路，所述 值確定電路基于當(dāng)前幀特性和先前幀特性確定值。所述電子裝置也包含耦合到所述值確定 電路的內(nèi)插因數(shù)組確定電路。所述內(nèi)插因數(shù)組確定電路確定所述值是否在一個(gè)范圍之外且 在所述值在所述范圍之外的情況下基于所述值和預(yù)測(cè)模式指示符確定內(nèi)插因數(shù)組。所述電 子裝置也包含合成語音信號(hào)的合成濾波器電路。
[0015] 描述一種用于確定內(nèi)插因數(shù)組的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包含具有 指令的非暫時(shí)性有形計(jì)算機(jī)可讀媒體。所述指令包含用于使電子裝置基于當(dāng)前幀特性和先 前幀特性確定值的代碼。所述指令也包含用于使所述電子裝置確定所述值是否在一個(gè)范圍 之外的代碼。所述指令進(jìn)一步包含用于使所述電子裝置在所述值在所述范圍之外的情況下 基于所述值和預(yù)測(cè)模式指示符確定內(nèi)插因數(shù)組的代碼。所述指令額外包含用于使所述電子 裝置合成語音信號(hào)的代碼。
[0016] 也描述一種用于確定內(nèi)插因數(shù)組的設(shè)備。所述設(shè)備包含用于基于當(dāng)前幀特性和先 前幀特性確定值的裝置。所述設(shè)備也包含用于確定所述值是否在一個(gè)范圍之外的裝置。所 述設(shè)備進(jìn)一步包含用于在所述值在所述范圍之外的情況下基于所述值和預(yù)測(cè)模式指示符 確定內(nèi)插因數(shù)組的裝置。所述設(shè)備額外包含用于合成語音信號(hào)的裝置。
【附圖說明】
[0017] 圖1為說明編碼器和解碼器的通用實(shí)例的框圖；
[0018] 圖2為說明編碼器和解碼器的基本實(shí)施方案的實(shí)例的框圖；
[0019] 圖3為說明寬帶語音編碼器和寬帶語音解碼器的實(shí)例的框圖；
[0020] 圖4為說明編碼器的更特定實(shí)例的框圖；
[0021] 圖5為說明隨時(shí)間推移的幀的實(shí)例的圖；
[0022] 圖6為說明用于通過編碼器對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行編碼的方法的一個(gè)配置的流程圖；
[0023] 圖7為說明經(jīng)配置以用于確定內(nèi)插因數(shù)組的電子裝置的一個(gè)配置的框圖；
[0024] 圖8為說明用于通過電子裝置確定內(nèi)插因數(shù)組的方法的一個(gè)配置的流程圖；
[0025] 圖9為說明值確定模塊的實(shí)例的框圖；
[0026] 圖10為說明內(nèi)插因數(shù)組確定模塊的一個(gè)實(shí)例的框圖；
[0027] 圖11為說明確定內(nèi)插因數(shù)組的一個(gè)實(shí)例的圖；
[0028] 圖12為說明確定內(nèi)插因數(shù)組的另一實(shí)例的圖；
[0029] 圖13包含合成語音波形的實(shí)例的曲線圖；
[0030] 圖14包含合成語音波形的額外實(shí)例的曲線圖；
[0031] 圖15為說明無線通信裝置的一個(gè)配置的框圖，在所述無線通信裝置中可實(shí)施用 于確定內(nèi)插因數(shù)組的系統(tǒng)和方法；和
[0032] 圖16說明可用于電子裝置中的各種組件。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 現(xiàn)參考諸圖描述各種配置，在諸圖中，相似參考數(shù)字可指示功能上類似的元件?？?以多種不同配置來布置和設(shè)計(jì)如諸圖中所大體描述和說明的系統(tǒng)和方法。因此，對(duì)如諸圖 中所表示的若干配置的以下更詳細(xì)描述并不希望限制如所主張的范圍，而僅表示系統(tǒng)和方 法。
[0034] 圖1為說明編碼器104和解碼器108的通用實(shí)例的框圖。編碼器104接收語音信 號(hào)102。語音信號(hào)102可為在任何頻率范圍中的語音信號(hào)。例如，語音信號(hào)102可以16千 位/秒（kbps)進(jìn)行采樣，且可為具有0千赫茲（kHz)到16kHz或OkHz到14kHz的大致頻 率范圍的超寬帶信號(hào)、具有OkHz到8kHz的大致頻率范圍的寬帶信號(hào)或具有OkHz到4kHz 的大致頻率范圍的窄頻信號(hào)。在其它實(shí)例中，語音信號(hào)102可為具有50赫茲（Hz)到300Hz 的大致頻率范圍的低頻信號(hào)或具有4kHz到8kHz的大致頻率范圍的高頻信號(hào)。用于語音信 號(hào)102的其它可能頻率范圍包含300Hz到3400Hz(例如，公眾交換電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN)的頻率 范圍）、14kHz到 20kHz、16kHz到 20kHz和 16kHz到 32kHz。
[0035] 編碼器104對(duì)語音信號(hào)102進(jìn)行編碼以產(chǎn)生經(jīng)編碼語音信號(hào)106。大體來說，經(jīng) 編碼語音信號(hào)106包含表示語音信號(hào)102的一或多個(gè)參數(shù)。所述參數(shù)中的一或多者可經(jīng)量 化。所述一或多個(gè)參數(shù)的實(shí)例包含濾波參數(shù)（例如，加權(quán)因數(shù)、線譜頻率（LSF)、預(yù)測(cè)模式指 示符、線譜對(duì)（LSP)、導(dǎo)抗譜頻率（ISF)、導(dǎo)抗譜對(duì)（ISP)、部分相關(guān)（PARCOR)系數(shù)、反射系數(shù) 和/或?qū)?shù)面積比率值（l〇g-area-ratiovalue)等），和包含于經(jīng)編碼激發(fā)信號(hào)中的參數(shù) (例如，增益因數(shù)、自適應(yīng)性碼本索引、自適應(yīng)性碼本增益、固定碼本索引和/或固定碼本增 益等）。所述參數(shù)可對(duì)應(yīng)于一或多個(gè)頻帶。解碼器108對(duì)經(jīng)編碼語音信號(hào)106進(jìn)行解碼以 產(chǎn)生經(jīng)解碼語音信號(hào)110。例如，解碼器108基于包含于經(jīng)編碼語音信號(hào)106中的一或多 個(gè)參數(shù)而構(gòu)建經(jīng)解碼語音信號(hào)110。經(jīng)解碼語音信號(hào)110可為原始語音信號(hào)102的大致重 現(xiàn)。
[0036] 編碼器104可以硬件（例如，電路）、軟件或兩者的組合加以實(shí)施。例如，編碼器 104可實(shí)施為專用集成電路（ASIC)或具有指令的處理器。類似地，解碼器108可以硬件（例 如，電路）、軟件或兩者的組合加以實(shí)施。例如，解碼器108可實(shí)施為專用集成電路（ASIC) 或具有指令的處理器。編碼器104與解碼器108可實(shí)施于單獨(dú)電子裝置上或相同電子裝置 上。
[0037] 圖2為說明編碼器204和解碼器208的基本實(shí)施方案的實(shí)例的框圖。編碼器204 可為結(jié)合圖1描述的編碼器104的一個(gè)實(shí)例。編碼器204可包含分析模塊212、系數(shù)變換 214、量化器A 216、反量化器A 218、反系數(shù)變換A 220、分析濾波器222和量化器B 224。編 碼器204和/或解碼器208的組件中的一或多者可以硬件（例如，電路）、軟件或兩者的組 合加以實(shí)施。
[0038] 編碼器204接收語音信號(hào)202。應(yīng)注意，語音信號(hào)202可包含如上文結(jié)合圖1所述 的任何頻率范圍（例如，語音頻率的整個(gè)頻帶或語音頻率的子頻帶）。
[0039] 在此實(shí)例中，分析模塊212將語音信號(hào)202的頻譜包封編碼為一組線性預(yù)測(cè)（LP) 系數(shù)（例如，分析濾波器系數(shù)A(Z)、其可應(yīng)用于產(chǎn)生全極濾波器1/A(z)，其中z為復(fù)數(shù) (complexnumber))。分析模塊212通常將輸入信號(hào)處理為語音信號(hào)202的一系列非重疊 幀，其中針對(duì)每一幀或子幀計(jì)算一組新系數(shù)。在一些配置中，幀周期可為可預(yù)期語音信號(hào) 202在其內(nèi)在本地靜止的周期。幀周期的一個(gè)常見實(shí)例為20毫秒（ms)(例如，在8kHz的采 樣率下等效于160個(gè)樣本）。在一個(gè)實(shí)例中，分析模塊212經(jīng)配置以計(jì)算一組十個(gè)線性預(yù) 測(cè)系數(shù)來表征每一 20ms幀的共振峰結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)例中，可對(duì)于20ms幀利用12. 8kHz的 采樣率。在此實(shí)例中，幀大小為256個(gè)樣本，且分析模塊212可計(jì)算一組16個(gè)線性預(yù)測(cè)系 數(shù)（例如，16階線性預(yù)測(cè)系數(shù)）。盡管這些為可根據(jù)本文中所揭示的系統(tǒng)和方法實(shí)施的架 構(gòu)的實(shí)例，但應(yīng)注意，這些實(shí)例不應(yīng)限制所揭示的系統(tǒng)和方法的范圍，所揭示的系統(tǒng)和方法 可應(yīng)用于任何架構(gòu)。也有可能實(shí)施分析模塊212以將語音信號(hào)202處理為一系列重疊幀。
[0040] 分析模塊212可經(jīng)配置以直接分析每一幀的樣本，或可首先根據(jù)開窗函數(shù)（例如， 漢明窗（Hammingwindow))來對(duì)樣本進(jìn)行加權(quán)。也可在大于幀的窗（例如30ms窗）內(nèi)執(zhí) 行分析。此窗可為對(duì)稱的（例如，5-20-5,使得其緊接20毫秒幀之前和之后包含5ms)或不 對(duì)稱的（例如，10-20,使得其包含前一幀之后IOms)。分析模塊212通常經(jīng)配置以使用列文 遜-杜賓（Levinson-Durbin)遞回或勒魯-蓋恩（Leroux-Gueguen)算法來計(jì)算線性預(yù)測(cè) 系數(shù)。在另一實(shí)施方案中，分析模塊212可經(jīng)配置以針對(duì)每一幀計(jì)算一組倒頻譜系數(shù)而非 一組線性預(yù)測(cè)系數(shù)。
[0041] 通過量化所述系數(shù)，編碼器204的輸出速率可顯著減小，而對(duì)重現(xiàn)質(zhì)量具有相對(duì) 較小的影響。線性預(yù)測(cè)系數(shù)難以高效地量化，且通常映射到例如LSF的另一表示以用于量 化和/或熵編碼。在圖2的實(shí)例中，系數(shù)變換214將系數(shù)的集合變換成對(duì)應(yīng)LSF向量（例 如，一組LSF)。系數(shù)的其它一對(duì)一表示包含LSP、PARC0R系數(shù)、反射系數(shù)、對(duì)數(shù)面積比率值、 ISP和ISF。例如，ISF可用于GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）、AMR-WB(自適應(yīng)性多速率寬帶） 編解碼器中。為方便起見，術(shù)語"線譜頻率"、"LSF"、"LSF向量"和相關(guān)術(shù)語可用以指LSF、 LSP、ISF、ISP、PARCOR系數(shù)、反射系數(shù)和對(duì)數(shù)面積比率值中的一或多者。通常，一組系數(shù)與 對(duì)應(yīng)LSF向量之間的變換是可逆的，但一些配置可包含其中變換不可逆而無錯(cuò)誤的編碼器 204實(shí)施方案。
[0042] 量化器A216經(jīng)配置以量化LSF向量（或其它系數(shù)表示）。編碼器204可輸出此 量化的結(jié)果作為濾波參數(shù)228。量化器A216通常包含向量量化器，所述向量量化器將輸入 向量（例如，LSF向量）編碼為對(duì)表或碼本中的對(duì)應(yīng)向量條目的索引。
[0043] 如圖2中所見，編碼器204也通過使語音信號(hào)202傳遞經(jīng)過根據(jù)系數(shù)的集合加以 配置的分析濾波器222(也稱為白化或預(yù)測(cè)錯(cuò)誤濾波器）而產(chǎn)生殘余信號(hào)。分析濾波器222 可實(shí)施為有限脈沖響應(yīng)（FIR)濾波器或無限脈沖響應(yīng)（IIR)濾波器。此殘余信號(hào)將通常含 有未表示于濾波參數(shù)228中的語音頻框的對(duì)感知重要的信息，例如，與音調(diào)相關(guān)的長(zhǎng)期結(jié) 構(gòu)。量化器B224經(jīng)配置以計(jì)算此殘余信號(hào)的經(jīng)量化表示用于作為經(jīng)編碼激發(fā)信號(hào)226而 輸出。在一些配置中，量化器B224包含向量量化器，所述向量量化器將輸入向量編碼為表 或碼本中的對(duì)應(yīng)向量條目的索引。另外或替代地，量化器B224可經(jīng)配置以發(fā)送一或多個(gè) 參數(shù)，向量可在解碼器208處從所述一或多個(gè)參數(shù)動(dòng)態(tài)地加以產(chǎn)生，而非如在稀疏碼本方 法中從存儲(chǔ)裝置檢索。此類方法用于例如代數(shù)CELP(碼激發(fā)線性預(yù)測(cè)）的譯碼方案和例如 3GPP2(第三代合作伙伴2)EVRC(增強(qiáng)型可變速率編解碼器）的編解碼器中。在一些配置 中，經(jīng)編碼激發(fā)信號(hào)226和濾波參數(shù)228可包含于經(jīng)編碼語音信號(hào)106中。
[0044] 編碼器204根據(jù)對(duì)應(yīng)解碼器208將可獲得的相同濾波器參數(shù)值來產(chǎn)生經(jīng)編碼激發(fā) 信號(hào)226可為有益的。以此方式，所得經(jīng)編碼激發(fā)信號(hào)226可在一定程度上解決那些參數(shù) 值中的非理想性，例如量化錯(cuò)誤。因此，使用將在解碼器208處可用的相同系數(shù)值來配置分 析濾波器222可為有益的。在如圖2中所說明的編碼器204的基本實(shí)例中，反量化器A 218 對(duì)濾波參數(shù)228進(jìn)行解量化。反系數(shù)變換A 220將所得值映射回到一組對(duì)應(yīng)系數(shù)。此組系 數(shù)用以配置分析濾波器222以產(chǎn)生通過量化器B 224量化的殘余信號(hào)。
[0045] 編碼器204的一些實(shí)施方案經(jīng)配置以通過識(shí)別在一組碼本向量當(dāng)中的最佳地匹 配殘余信號(hào)的一個(gè)碼本向量來計(jì)算經(jīng)編碼激發(fā)信號(hào)226。然而，應(yīng)注意，編碼器204也可經(jīng) 實(shí)施以計(jì)算殘余信號(hào)的經(jīng)量化表示而不實(shí)際上產(chǎn)生所述殘余信號(hào)。例如，編碼器204可經(jīng) 配置以使用數(shù)個(gè)碼本向量產(chǎn)生對(duì)應(yīng)合成信號(hào)（例如，根據(jù)一組當(dāng)前濾波參數(shù)）且選擇與最 佳地匹配感知加權(quán)域中的原始語音信號(hào)202的所產(chǎn)生信號(hào)相關(guān)聯(lián)的碼本向量。
[0046] 解碼器208可包含反量化器B230、反量化器C236、反系數(shù)變換B238和合成濾 波器234。反量化器C236對(duì)濾波參數(shù)228 (例如，LSF向量）進(jìn)行解量化，且反系數(shù)變換B 238將LSF向量變換成一組系數(shù)（例如，如上文參考編碼器204的反量化器A218和反系數(shù) 變換A220所描述）。反量化器B230對(duì)經(jīng)編碼激發(fā)信號(hào)226進(jìn)行解量化以產(chǎn)生激發(fā)信號(hào) 232?；谒鱿禂?shù)和激發(fā)信號(hào)232,合成濾波器234合成經(jīng)解碼語音信號(hào)210。換句話說， 合成濾波器234經(jīng)配置以根據(jù)經(jīng)解量化的系數(shù)在光譜上對(duì)激發(fā)信號(hào)232進(jìn)行塑形以產(chǎn)生經(jīng) 解碼語音信號(hào)210。在一些配置中，解碼器208也可將激發(fā)信號(hào)232提供到另一解碼器，所 述另一解碼器可使用激發(fā)信號(hào)232來導(dǎo)出另一頻帶（例如，高頻帶）的激發(fā)信號(hào)。在一些 實(shí)施方案中，解碼器208可經(jīng)配置以將關(guān)于激發(fā)信號(hào)232的額外信息（例如頻譜傾斜、音調(diào) 增益和滯后以及語音模式）提供到另一解碼器。
[0047] 具有編碼器204和解碼器208的系統(tǒng)為合成式分析語音編解碼器的基本實(shí)例。 碼本激發(fā)線性預(yù)測(cè)譯碼為合成式分析譯碼的一個(gè)風(fēng)行家庭。此類譯碼器的實(shí)施方案可執(zhí) 行殘余的波形編碼，包含例如從固定和自適應(yīng)性碼本選擇輸入項(xiàng)、錯(cuò)誤最小化操作和/或 感知加權(quán)操作的操作。合成式分析譯碼的其它實(shí)施方案包含混合激發(fā)線性預(yù)測(cè)（MELP)、 代數(shù)CELP(ACELP)、松弛CELP(RCELP)、規(guī)則脈沖激發(fā)（RPE)、多脈沖激發(fā)（MPE)、多脈沖 CELP(MP-CELP)，和向量總和激發(fā)線性預(yù)測(cè)（VSELP)譯碼。相關(guān)譯碼方法包含多頻帶激發(fā) (MBE)和原型波形內(nèi)插（PWI)譯碼。標(biāo)準(zhǔn)化合成式分析語音編解碼器的實(shí)例包含ETSI(歐 洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）-GSM全速率編解碼器（GSM06. 10)(其使用殘余激發(fā)線性預(yù)測(cè)（RELP))、 GSM增強(qiáng)型全速率編解碼器（ETSI-GSM06. 60)、ITU(國際電信聯(lián)盟）標(biāo)準(zhǔn)11. 8kbps G. 729AnnexE譯碼器、用于IS-136(時(shí)分多址方案）的IS(臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)）-641