DE60035453T2

DE60035453T2 - Auswahl des Synthesefilters für eine CELP Kodierung von breitbandigen Audiosignalen

Info

Publication number: DE60035453T2
Application number: DE60035453T
Authority: DE
Inventors: Shigeaki Shinjuku-ku Sasaki; Kazunori Shinjuku-ku Mano; Shinji Shinjuku-ku Hayashi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: US6810381B1; EP1052622B1; EP1052622A3; EP1052622A2; DE60035453D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Codieren eines akustischen Eingangssignals mit einer kleinen Menge an Information durch ein Audiocodierschema, welches Codebuch-Indizes festlegt, die einen Fehler zwischen dem akustischen Eingangssignal und einem synthetisierten Signal durch seine Codierung minimieren, sowie ein Verfahren zum Decodieren der codierten Information zu dem akustischen Signal mit hoher Qualität.
CELP (Code Excited Linear Prediction)-Codierung ist ein typisches Beispiel einer herkömmlichen Audiocodierung mit niedriger Bitrate durch ein lineares Vorhersage-(Linear Prediction, LP)-Schema. 1 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Grundprinzipien des CELP-Codierschemas. Ein akustisches Eingangssignal wird über einen Eingangsanschluss 11 an ein LP-Codierteil 12 angelegt, das eine LPC-Analyse des akustischen Signals für jeden Rahmen von zirka 5 bis 20 Millisekunden durchführt, um Linearvorhersage-(LP)-Koeffizienten p-ter Ordnung α ^i zu erhalten, wobei i = 1,..., p. Die LP-Koeffizienten α ^i , werden in einem Quantisierteil 13 quantisiert, und die resultierenden quantisierten LP-Koeffizienten α_i werden als Filterkoeffizienten in einem LP-Synthesefilter 14 gesetzt. Die Übertragungsfunktion des LP-Synthesefilters 14 ist gegeben durch die folgende Gleichung (1):
Ein Erregungssignal für das LP-Synthesefilter 14 ist in einem adaptiven Codebuch 15 gespeichert. Das Erregungssignal (Vektor) wird aus dem adaptiven Codebuch 15 entsprechend Eingangscodes von einem Steuerteil 16 ausgeschnitten, und das ausgeschnittene Segment (Vektor) wird wiederholt dupliziert und miteinander verbunden, um einen Tonhöhenkomponentenvektor von einem Rahmen Länge zu erhalten. Der Tonhöhenkomponentenvektor wird einem Multiplizierer 22 zugeführt, wo er mit einer aus einem Verstärkungscodebuch 17 ausgewählten Verstärkung g₁ multipliziert wird, und die Multipliziererausgabe wird als das Erregungssignal über einen Addierer 18 dem Synthesefilter zugeführt. Ein synthetisiertes Signal (Synthesesignal) von dem Synthesefilter 14 wird durch einen Subtrahierer 19 von dem akustischen Eingangssignal subtrahiert, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Das Fehlersignal wird einem Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 zugeführt, wo das Filtersignal entsprechend einem Maskierungseffekt durch die Wahrnehmungscharakteristik gewichtet wird. Das Steuerteil 16 sucht das adaptive Codebuch 15 nach Indizes (zum Beispiel einer Tonhöhenverzögerung) ab, die die Leistung des gewichteten Fehlersignals minimieren. Danach holt das Steuerteil 16 Rauschvektoren aus einem festen Codebuch 21 in sequenzieller Folge. Die Rauschvektoren werden in einem Multiplizierer 23 mit einer aus dem Verstärkungscodebuch 17 ausgewählten Verstärkung g₂ multipliziert, dann wird zu jeder Multipliziererausgabe durch den Addierer der zuvor aus dem adaptiven Codebuch 14 ausgewählte Tonhöhenkomponentenvektor hinzu addiert, dann wird die Addiererausgabe als ein Erregungssignal an das Synthesefilter 14 angelegt, und, wie oben der Fall, werden die Rauschvektoren ausgewählt, die die Leistung des wahrnehmungsgewichteten Fehlersignals aus dem Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 minimieren. Schließlich wird für die aus dem adaptiven beziehungsweise festen Codebuch 15 beziehungsweise 21 ausgewählten Erregungsvektoren das Verstärkungscodebuch 17 nach den Verstärkungen g₁ und g₂ abgesucht, die so festgelegt sind, dass die Leistungen der Ausgaben aus dem Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 minimiert sind.
2 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Grundprinzipien eines Decodierschemas für das CELP-codierte akustische Signal. Ein LP-Koeffizientencode in über einen Eingangsanschluss 31 gelieferten Eingangscodes wird in einem Decodierteil 32 decodiert, und die durch diese Decodierung erhaltenen quantisierten LP-Koeffizienten α_i werden als Filterkoeffizienten in einem LP-Synthesefilter 33 gesetzt. Ein Tonhöhenindex in den Eingabecodes wird verwendet, um einen Tonhöhenkomponentenvektor aus einem adaptiven Codebuch 34 auszuschneiden, und ein Fester-Codebuch-Index wird verwendet, um einen Zufallskomponentenvektor aus einem festen Codebuch 35 auszuwählen. Die so aus den Codebüchern 34 und 35 bereitgestellten Tonhöhenkomponenten- und Zufallskomponentenvektoren werden in Multiplizierern 52 und 53 mit aus einem Verstärkungscodebuch 36 entsprechend einem Verstärkungsindex in den Eingabecodes ausgewählten Verstärkungen g₁ und g₂ multipliziert, danach durch einen Addierer 37 zusammenaddiert, dessen Ausgabe als ein Erregungssignal an das LP-Synthesefilter 33 angelegt wird. Ein Nachfilter verarbeitet ein synthetisiertes Signal aus dem Synthesefilter 33, um unter dem Gesichtspunkt der Wahrnehmungscharakteristik das Quantisierungsrauschen zu verringern, und liefert das verarbeitete Signal als ein decodiertes akustisches Signal an einen Ausgangsanschluss 39.
Wie oben beschrieben, ist bei CELP oder ähnlicher Audiocodierung im Zeitbereich das herkömmliche Synthesefilter durch ein autoregressives lineares LP-Filter 10. bis 20. Ordnung zum Modellieren der spektralen Hülle von Sprache oder dessen Kombination mit einem Kammfilter einer einzigen Tonhöhenfrequenz, modelliert nach einer glottalen Quelle, gebildet, und deshalb ist es unmöglich, eine feine spektrale Struktur eines musikalischen Tons wiederzugeben, der viele unregelmäßig beabstandete stationäre Peaks im Frequenzbereich hat. Ein Verfahren zum Wiedergeben der spektralen Feinstruktur in dem Synthesefilter wird von den Erfindern dieser Anmeldung in der japanischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 9-258795 und in der Veröffentöichung „16 Kbit/s Wideband CELP Coder With a High-Order Backward Predictor and its fast Coefficient Calculation," IEEE, Seiten 107–108, 1997 (im folgenden als Literatur 1 bezeichnet) beschrieben. Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ist das LP-Synthesefilter in 1 durch eine Reihenschaltung eines LP-Synthesefilters p-ter Ordnug (zum Beispiel etwa 10. bis 20. Ordnung) und eines LP-Synthesefilters von ausreichend höherer n-ter Ordnung gebildet. Durch Linearvorhersagecodierungs-(LPC)-Analyse p-ter Ordnung des Eingangssignals erhaltene LP-Koeffizienten werden als Koeffizienten des LP-Synthesefilters p-ter Ordnung vorgesehen, und durch LPC-Analyse n-ter Ordnung eines aus inverser LP-Filterung eines synthetisierten Signals resultierenden Restsignals erhaltene LP-Koeffizienten werden als Koeffizienten an das LP-Synthesefilter n-ter Ordnung geliefert. Mit einem solchen in Reihe geschalteten Synthesefilter ist es möglich, die spektrale Hülle und die Feinstruktur des Eingangssignals wiederzugeben.
Bei dem obigen Verfahren wird in der Codiervorrichtung von 1 das LP-Synthesefilter 14 durch eine Reihenverbindung eines LP-Synthesefilters p-ter Ordnung mit relativ niedriger Ordnung (ein in herkömmlicher Sprachcodierung allgemein verwendetes Synthesefilter 10. bis 20. Ordnung, im folgenden als Synthesefilter niedriger Ordnung bezeichnet) und eines LP-Synthesefilters n-ter Ordnung (ein Synthesefilter 100. oder höherer Ordnung, im folgenden als Synthesefilter hoher Ordnung bezeichnet) gebildet. Das Synthesefilter niedriger Ordnung wird verwendet, um die spektrale Hülle des akustischen Eingangssignals zu definieren, und das Synthesefilter hoher Ordnung wird verwendet, um die spektrale Feinstruktur des synthetisierten Signals auszudrücken, die mit den Koeffizienten p-ter Ordnung nicht voll ausgedrückt werden kann. Dadurch ist es möglich, eine höhere Audio-Codierqualität zu erreichen.
Dieses Verfahren erlaubt die Wiedergabe der Hülle der spektralen Feinstruktur und ermöglicht so eine qualitativ hochwertige Codierung eines Signals, das eine spektrale Feinstruktur mit einer Mehrzahl von Tonhöhen hat, wie etwa eines musikalischen Klangs. Die Verwendung des Synthesefilters hoher Ordnung bedeutet aber, dass in einem durchschnittlichen Spektrum Eingangssignalabtastwerte in einem langen Analysefenster erhalten werden, andererseits ist es aber unmöglich, kurzzeitige Schwankungen in der spektralen Struktur, zum Beispiel feine oder winzige Änderungen in den Tonhöhen wie im Falle von Sprache zu erfassen. Daher ist, wenn dieses Verfahren auf ein Signal angewandt wird, das eine abrupt mit der Zeit veränderliche Komponente hat, wie etwa menschliche Sprachcodes oder ein musikalisches Anschlaggeräusch, die Audio-Codierqualität durch ein echoartiges Geräusch beeinträchtigt.
In einem Artikel der Erfinder dieser Anmeldung, "Wideband CELP Coding using Higher Order Backward Prediction of Residual," Technical Report of IEICE, SP97-64, Seiten 51–56, November 1997 (im folgenden als Literatur 2 bezeichnet) ist ein Schema offenbart, das ein durch eine Reihenschaltung von Synthesefiltern hoher und niedriger Ordnung, wie in der oben erwähnten japanischen Patentoffenlegungsschrift und Literatur 1 vorgeschlagen, verwendet, und es wird beschrieben, dass das Problem der Qualitätsbeeinträchtigung der Sprachcodierung gelöst werden kann, indem selektiv zwischen dem reihengeschalteten Synthesefilter und dem herkömmlichen Synthesefilter niedriger Ordnung umgeschaltet wird, je nachdem, ob das Eingangssignal ein Musik- oder Sprachsignal ist. Literatur 2 gibt jedoch keine Beschreibung, wie zwischen dem Musiksignal und dem Sprachsignal zu unterscheiden ist, und sie offenbart auch kein Verfahren zum Unterscheiden eines Signals, das eine beträchtliche Menge an winzigen oder feinen Schwankungen der Spektralstruktur enthält, von einem Signal, in dem eine Mehrzahl von Tonhöhen gemischt sind.
In der oben erwähnten japanischen Patentveröffentlichungsschrift ist auch ein Verfahren beschrieben, demzufolge: zu der Ausgabe des adaptiven Codebuchs 15 in 1 eine Verstärkung hinzuaddiert und diese als ein Erregungssignal an ein LP-Synthesefilter p-ter Ordnung angelegt wird; zu der Ausgabe aus einem Zufallscodebuch eine Verstärkung hinzuaddiert wird und diese als ein Erregungssignal an das oben erwähnte reihengeschaltete Synthesefilter angelegt wird; die Ausgaben dieser zwei Synthesefilter zusammenaddiert werden, um ein synthetisiertes Signal zu erzeugen; und das synthetisierte Signal dem Subtrahierer 19 zugeführt wird. Wenn das akustische Eingangssignal ein Musiksignal ist, ist bei diesem Verfahren jedoch die synthetisierte Signalqualität niedriger als im Fall der Verwendung des reihengeschalteten Synthesefilters allein für ein zusammengesetztes Erregungssignal aus einem Tonhöhenvektor und einem Rauschvektor, und die Audio-Codierqualität ist entsprechend gering.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für Audio-Codierung hoher Qualität im Zeitbereich basierend auf dem Linearvorhersageschema durch selektive Verwendung des optimalen Synthesefilters entsprechend den Eigenschaften des zu codierenden Signals, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Decodieren des codierten Signals und ein Aufzeichnungsmedium zu schaffen, auf dem Programme zum Implementieren solcher Audio-Codier- und –Decodierverfahren aufgezeichnet sind. Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
Bei dem Codierverfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird von einem akustischen Eingangssignal und einem synthetisierten akustischen Signal wenigstens eines verwendet, um LP-Koeffizienten p-ter Ordnung für einen LP-Synthesefilter p-ter Ordnung und LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung und n-ter Ordnung für LP-Synthesefilter p'-ter und n-ter Ordnung anzugeben, die in Reihe verbunden sind, um ein reihengeschaltetes Synthesefilter zu bilden. Der Wert p' ist vergleichbar mit p und der Wert n ist größer als p.
Ein aus dem akustischen Eingangssignal geschätztes akustisches Synthesesignal wird einer inversen Filterung durch ein erstes inverses Filter mit einer zur Charakteristik des LP-Synthesefilters p-ter Ordnung inverser Charakteristik und ein zweites inverses Filter mit einer zu dem reihengeschalteten Synthesefilter inversen Charakteristik unterzogen, um erste und zweite Restsignale zu erhalten. Die ersten und zweiten Restsignale werden als Erregungs-Eingangssignale abgeschätzt, die an das LP-Synthesefilter p-ter Ordnung und das reihengeschaltete Synthesefilter angelegt werden, wenn das oben erwähnte geschätzte synthetisierte akustische Signal ausgegeben wird. Das erste und das zweite Restsignal werden verwendet, um zu entscheiden, welches unter den LP-Synthesefilter p-ter Ordnung und dem reihengeschalteten Synthesefilter die höhere Audio-Codierqualität liefert.
Ein Erregungssignal wird aus aus einem Codebuchmittel ausgewählten Erregungsvektoren erzeugt und wird verwendet, um das ausgewählte Synthesefilter zu treiben, um ein synthetisiertes akustisches Signal zu erzeugen. Das Codebuchmittel wird nach Indizes abgesucht, die den Fehler zwischen dem synthetisierten akustischen Signal und dem akustischen Eingangssignal minimieren.
Bei der obigen Audio-Codierung werden die LP-Koeffizienten p-ter Ordnung durch LPC-Analyse p ter Ordnung des akustischen Eingangssignals berechnet, LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung werden durch eine LPC-Analyse p'-ter Ordnung an einem früheren synthetisierten akustischen Signal berechnet, und die LP-Koeffizienten n-ter Ordnung werden durch LPC-Analyse n-ter Ordnung an einem Restsignal berechnet, das durch inverse Filterung des früheren synthetisierten akustischen Signals oder eines früheren Erregungssignals erhalten ist.
In dem Fall, dass p = p' ist und ein Synthesefilter p-ter Ordnung sowohl als das Synthesefilter p-ter Ordnung als auch als das LP-Synthesefilter p'-ter Ordnung verwendet wird, wird das akustische Eingangssignal oder ein früheres synthetisiertes akustisches Signal LPC-analysiert, um die LP-Koeffizienten p-ter Ordnung zu bestimmen, und ein durch inverse Filterung der LP-Koeffizienten pter Ordnung erhaltenes Restsignal oder ein früheres Erregungssignal wird LPC-analysiert, um die LP-Koeffizienten n-ter Ordnung zu bestimmen.
Bei dem Decodierverfahren und der Decodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden LP-Koeffizienten p-ter Ordnung des LP-Synthesefilter p-ter Ordnung erhalten durch Decodieren von Eingangscodes oder Durchführen einer LPC-Analyse eines früheren synthetisierten akustischen Signals, und LP-Koeffizienten p'-ter und n-ter Ordnung von Synthesefiltern p'-ter und n-ter Ordnung, die ein reihengeschaltetes Synthesefilter bilden, werden erhalten durch Decodierung der Eingangscodes oder Durchführen einer LPC-Analyse an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um die LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung zu erhalten, und durch Decodieren der Eingangscodes oder Durchführen einer LPC-Analyse eines aus inverser Filterung des früheren synthetisierten akustischen Signals resultierenden Restsignals oder durch Durchführen einer LPC-Analyse eines früheren Signals, um die LP-Koeffizienten n-ter Ordnung zu erzeugen.
Das LP-Synthesefilter p-ter Ordnung oder das reihengeschaltete Synthesefilter wird entsprechend einem Eingangsmoduscode ausgewählt. Ein Erregungssignal wird aus Erregungsvektoren erzeugt, die aus einem Codebuchmittel entsprechend Eingangs-Codebuchindizes ausgewählt sind, und das Erregungssignal wird an das ausgewählte Synthesefilter angelegt, um ein synthetisiertes akustisches Signal zu erzeugen.
Bei dem Decodierprozess ist es auch möglich, p = p' zu setzen und dasselbe Synthesefilter p-ter Ordnung sowohl als LP-Synthesefilter p-ter Ordnung als auch als LP-Synthesefilter p'-ter Ordnung zu verwenden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines herkömmlichen CELP-Encoders darstellt;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines herkömmlichen CELP-Decoders darstellt;
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Grundfunktions-Konfiguration der Codiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
4A ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration eines Synthesefilterteils 200 in 3 darstellt;
4B ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel der Konfiguration des Synthesefilterteils 200 in 3 darstellt;
4C ist ein Blockdiagramm, das noch ein weiteres Beispiel der Konfiguration des Synthesefilterteils 200 in 3 darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das die Codierprozedur durch die Codiervorrichtung von 3 darstellt;
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Grundkonfiguration einer Decodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das die Decodierprozedur durch die Decodiervorrichtung von 6 zeigt;
8 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer Ausgestaltung der Codiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Modusdiskriminators 41 in der Ausgestaltung der 8 zeigt;
10 ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel der Konfiguration des Modusdiskriminators 41 zeigt;
11 ist ein Blockdiagramm, das eine abgewandelte Form des Modusdiskriminators 41 zeigt;
12 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer anderen Ausgestaltung der Codiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Graph, der ein Beispiel der Wellenform eines sich abrupt mit der Zeit ändernden Signals zeigt;
14 ist ein Graph, der ein Beispiel eines typischen Leistungsspektrums eines Sprachsignals zeigt;
15 ist ein Graph, der ein Beispiel eines typischen Leistungsspektrums eines Musiksignals zeigt;
16 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration des wesentlichen Teils einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt, die eingerichtet ist, ein Codebuch entsprechend der Auswahl des Synthesefilters zu wählen;
17 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt, in der ein Teil eines reihengeschalteten Synthesefilters auch als umzuschaltendes Synthesefilter verwendet wird;
18 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt, in der ein Teil eines reihengeschalteten Synthesefilters auch als ein umzuschaltendes Synthesefilter verwendet wird;
19 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Teil eines reihengeschalteten Synthesefilters auch als ein umzuschaltendes Synthesefilter verwendet wird;
20 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration noch einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt, in der ein Teil des reihengeschalteten Synthesefilters auch als ein umzuschaltendes Synthesefilter verwendet wird;
21 ist ein Blockdiagramm, das noch ein weiteres Beispiel des Modusdiskriminators 41 zeigt;
22 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer Ausgestaltung der Decodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer anderen Ausgestaltung der Decodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
24 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration noch einer weiteren Ausgestaltung der Decodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
25 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer abgewandelten Form der Decodiervorrichtung zeigt, in der ein Teil des reihengeschalteten Synthesefilters auch als ein umzuschaltendes Synthesefilter verwendet wird;
26 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer anderen Ausgestaltung der in 25 gezeigten Decodiervorrichtung zeigt;
27 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer anderen Abwandlung der Decodiervorrichtung von 25 zeigt;
28 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration noch einer weiteren Abwandlung der Decodiervorrichtung von 25 zeigt;
29 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionskonfiguration einer anderen Ausgestaltung der Decodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, bei der zwei verschiedene Codebücher bereitgestellt sind und entsprechend einem Moduscode selektiv verwendet werden; und
30 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Computers zeigt, der verwendet wird, um die Codier- und Decodierverfahren der vorliegenden Erfindung durch Ausführung von auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Programmen durchzuführen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
Zunächst wird mit Bezug auf 3 bis 5 eine Beschreibung der Grundkonfiguration der Codiervorrichtung und des Codierverfahrens basierend auf den Prinzipien der vorliegenden Erfindung gegeben.
Die vorliegende Erfindung hat mit dem herkömmlichen CELP-Codierschema gemein, dass ein adaptives Codebuch, ein festes Codebuch und ein Verstärkungscodebuch nach einem Satz von Indizes abgesucht werden, der den Fehler zwischen dem Eingangssignal und dem synthetisierten Signal minimiert. Wie in 3 dargestellt, umfasst die Codiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: ein Erregungssignalerzeugungsteil 100, das einen Erregungsvektor aus einem Codebuch auswählt und ein Erregungssignal erzeugt; ein Synthesefilterteil 200, das ein Synthesefilter niedriger Ordnung und ein reihengeschaltetes Synthesefilter umfasst, unter denen eines ausgewählt und durch das Erregungssignal getrieben wird und ein synthetisiertes akustisches Signal ausgibt; ein Koeffizientenbestimmungsteil 300, das die Filterkoeffizienten des Synthesefilterteils 200 bestimmt; ein Modusentscheidungsteil (einen Modusdiskriminator) 41, der anhand eines akustischen Eingangssignals festlegt, welches der Synthesefilter in dem Synthesefilterteil 200 verwendet werden soll; einen Subtrahierer 19, der einen Fehler zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem synthetisierten akustischen Signal erzeugt; und ein Steuerteil 16, das Codebücher in dem Erregungssignalerzeugungsteil 100 absucht und einen Index auswählt, der einen Erregungsvektor ergibt, der den Fehler minimiert. – Das Erregungssignalerzeugungsteil 100 umfasst die Codebücher 15, 21 und 17, die Multiplizierer 22 und 23 und den Addierer 18 in 1. Das Koeffizientenfestlegungsteil 300 umfasst das LPC-Analyseteil 12 und das Quantisierungsteil 13 in 1.
Zum Beispiel hat, wie in 4A gezeigt, das Synthesefilterteil 200 eine Konfiguration, bei der entweder das LP-Synthesefilter niedriger Ordnung (p-ter Ordnung) 14 oder ein reihengeschaltetes Synthesefilter 20 durch einen Schalter SW entsprechend einem Auswahlbefehl von dem Modusentscheidungsteil 41 ausgewählt wird. Das reihengeschaltete Synthesefilter 29 ist gebildet durch eine Reihenschaltung eines Synthesefilters niedriger Ordnung (p'-ter Ordnung) 29A und eines Synthesefilters hoher Ordnung (n-ter Ordnung) 29B. p hat einen Wert gleich oder vergleichbar mit p', und n hat einen wesentlich höheren Wert als p.
Die Reihenfolge der Reihenschaltung der Synthesefilter hoher und niedriger Ordnung kann umgekehrt sein. In 4B ist eine abgewandelte Form der Konfiguration des Synthesefilterteils 200 gezeigt, bei der entweder die Ausgabe des reihengeschalteten Synthesefilters 29 oder die Ausgabe des Synthesefilters 29A niedriger Ordnung von dem Schalter SW ausgewählt wird. In 4C ist noch eine abgewandelte Form der Konfiguration des Synthesefilterteils 200 gezeigt, in der das Erregungssignal durch den Schalter SW zwischen dem reihengeschalteten Synthesefilter 29 und dem Synthesefilter niedriger Ordnung 29A umgeschaltet wird.
Die Reihenschaltung des Synthesefilters niedriger Ordnung (p'-ter Ordnung) 29A und des Synthesefilter hoher Ordnung (n-ter Ordnung) 29B wird aus folgenden Gründen verwendet. Wenn zum Beispiel eine LPC-Analyse (n + p')-ter Ordnung des eingegebenen akustischen Signals durchgeführt wird, kann eine detaillierte Spektralstruktur für eine spektrale Komponente hoher Leistung und ihre Umgebung ausgedrückt werden, aber es kann keine Spektralstruktur in einem Spektralbereich niedriger Leistung ausgedrückt werden. Im Gegensatz dazu hat das oben erwähnte reihengeschaltete Synthesefilter den Vorteil, dass feine Spektralstrukturen gleichermaßen für die leistungsstarke Spektralkomponente und ihre Umgebung als auch für die leistungsschwache Spektralkomponente und ihre Umgebung ausgedrückt werden können.
Die vorliegende Erfindung weist das Modusentscheidungsteil 41 auf, durch welches entschieden wird, welches unter dem Synthesefilter niedriger Ordnung 14 (oder 29A) und dem Synthesefilter 29B hoher Ordnung in dem Synthesefilterteil 200 für das akustische Eingangssignal verwendet wird, um eine Codierung hoher Qualität zu erreichen. Basierend auf der Entscheidung wird eines der Synthesefilter des Synthesefilterteils 200 ausgewählt.
5 zeigt ein Beispiel der Codierprozedur durch die Codiervorrichtung der 3.
Schritt S1: für das akustische Eingangssignal schätzt das Modusentscheidungsteil 41 ein synthetisiertes akustisches Signal, das die Ausgabe des Synthesefilterteils 200 ist. Im einfachsten Fall schätzt das Modusentscheidungsteil 41, dass das synthetisierte akustische Signal eine Näherung des akustischen Eingangssignals sein wird. Wie später beschrieben wird, ist es, wenn ein Wahrnehmungsgewichtungsfilter verwendet wird, auch möglich, ein geschätztes synthetisiertes akustisches Signal unter Berücksichtigung der Filtercharakteristika zu berechnen.
Schritt S2: das Koeffizientenbestimmungsteil 300 macht eine LPC-Analyse des akustischen Eingangssignals und/oder des vorhergehenden synthetisierten akustischen Signals und bestimmt Koeffizienten des Synthesefilters niedriger Ordnung 14 (29a) und des Synthesefilters hoher Ordnung 29b in dem Synthesefilterteil 200. Zum Beispiel werden die Koeffizienten des Synthesefilters niedriger Ordnung 14 (29a) durch eine LPC-Analyse des akustischen Eingangssignals oder des synthetisierten akustischen Signals berechnet, wohingegen die Koeffizienten des Synthesefilters hoher Ordnung 29b durch LPC-Analyse eines Erregungssignals berechnet werden, das aus dem früheren synthetisierten akustischen Signal oder dem früheren Erregungssignal abgeschätzt ist.
Schritt S3: das Modusentscheidungsteil 41 schätzt als Eingangs-Erregungssignale für das Synthesefilter niedriger Ordnung 14 und das reihengeschaltete Synthesefilter 29 Restsignale e₁ und e₂, die aus inverser Filterung des geschätzten synthetisierten akustischen Signals durch zu dem Synthesefilter niedriger Ordnung 14 und dem reihengeschalteten Synthesefilter 29 inverse Filter mit den wie oben beschrieben festgelegten Koeffizienten resultieren.
Schritt S4: da die Audio-Codierqualität mit zunehmender Leistung des geschätzten Erregungssignals steigt, werden die Leistungen der beiden geschätzten Erregungssignale verglichen.
Schritt S5: wenn |e₁|² kleiner ist als |e₂|², wird der Schalter SW gesteuert, um das Synthesefilter niedriger Ordnung 14 zu wählen.
Schritt S6: wenn |e₁|² nicht kleiner als |e₂|² ist, wird der Schalter SW gesteuert, um das Synthesefilter 14 hoher Ordnung zu wählen.
Schritt S7: das Steuerteil 16 codiert das Erregungssignal für das ausgewählte Synthesefilter durch Absuchen der Codebücher in dem Erregungssignalerzeugungsteil 100 nach Indizes, die das Fehlersignal (die Ausgabe des Subtrahierers 19) zwischen dem von dem ausgewählten Synthesefilter synthetisierten akustischen Signal und dem akustischen Eingangssignal minimieren.
6 zeigt in Blockform die Funktionskonfiguration der Decodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Decodiervorrichtung umfasst ein Erregungssignalerzeugungsteil 300, ein Synthesefilterteil 500, ein Koeffizienteneinstellteil 23 und ein Modusauswählteil 51. Das Erregungssignalerzeugungsteil 300 umfasst die Codebücher 34, 35, 36, die Multiplizierer 52, 53 und den Addierer 37 in 2 und multipliziert wie im Falle der 2 decodierte Gains mit einem Tonhöhenkomponentenvektor und einem Rauschvektor entsprechend eingegebenen Codebuchindizes und addiert die multiplizierten Ausgaben zusammen, um ein Erregungssignal zu erzeugen, das an das Synthesefilterteil 500 angelegt wird. Das Synthesefilterteil 500 entspricht dem Synthesefilterteil 200 in der Codiervorrichtung der 3 und ist daher gebildet durch ein Synthesefilter niedriger Ordnung und ein Synthesefilter hoher Ordnung wie in 4B oder 4C.
Das Koeffizientenbestimmungsteil 320 kann durch Decodieren der eingegebenen Codebuchindizes erhaltene LP-Koeffizienten in dem Synthesefilter niedriger Ordnung und/oder hoher Ordnung setzen; alternativ kann es in dem Synthesefilter niedriger Ordnung und/oder hoher Ordnung LP-Koeffizienten setzen, die durch eine LPC-Analyse an einem früheren synthetisierten akustischen Signal bestimmt sind. Das Modusauswählteil 51 reagiert auf einen eingegebenen Moduscode durch Steuern eines Schalters SW3, um entweder das Synthesefilter niedriger Ordnung oder das reihengeschaltete Synthesefilter in dem Synthesefilterteil 500 auszuwählen und ein synthetisiertes akustisches Signal des ausgewählten Synthesefilters auszugeben.
7 ist ein Flussdiagramm, das die Decodierprozedur gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Schritt S1: bei Eingabe von Codebuchindizes in die Decodiervorrichtung wählt das Erregungssignalerzeugungsteil 300 aus seinen Codebüchern den Erregungsvektor und den Verstärkungsvektor, die den eingegebenen Codebuchindizes entsprechen, und erzeugt ein Erregungssignal in der gleichen Weise wie zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben.
Schritt S2: das Koeffizienteneinstellteil 320 decodiert die eingegebenen Codebuchindizes, um LP-Koeffizienten zu erhalten, und/oder führt die LPC-Analyse und/oder eine inverse Filterung des früheren synthetisierten akustischen Signals durch, um Filterkoeffizienten niedriger Ordnung und hoher Ordnung zu erhalten, und setzt diese in dem Synthesefilter niedriger Ordnung (33) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (59) in dem Synthesefilterteil 500.
Schritt S3: das Modusauswählteil 51 reagiert auf den eingegebenen Moduscode durch Steuern eines Schalters (S3) in dem Synthesefilterteil 500, um das Synthesefilter niedriger Ordnung (33) oder das reihengeschaltete Synthesefilter (59) auszuwählen.
Schritt S4: das Erregungssignal wird von dem Erregungssignalerzeugungsteil 300 an das jeweils ausgewählte Synthesefilter in dem Synthesefilterteil 500 angelegt, um es zu treiben, ein synthetisiertes akustisches Signal zu erzeugen.
4 zeigt in Blockform die Funktionskonfiguration einer Ausgestaltung der Codiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausgestaltung ist ein reihengeschaltetes Synthesefilter 29, das wie in der oben erwähnten offengelegten japanischen Patentanmeldung und Literatur 1 offenbart durch eine Reihenschaltung von LP-Synthesefiltern hoher und niedriger Ordnung 29a und 29b gebildet ist, in Kombination mit dem LP-Synthesefilter 14 in dem herkömmlichen Codiersystem von 1 vorgesehen. Das akustische Eingangssignal des gegenwärtigen Rahmens vom Eingangsanschluss 11 wird dem LPC-Analyseteil 12 zugeführt, das eine LPC-Analyse des Eingangssignals durchführt, um LP-Koeffizienten p-ter Ordnung α ^i mit i = 1,..., p zu erhalten. Die LP-Koeffizienten α ^i werden in dem Quantisierungsteil 13 quantisiert, und die quantisierten LP-Koeffizienten α_i mit i = 1,..., p werden als Filterkoeffizienten in dem LP-Synthesefilter p-ter Ordnung 14 gesetzt, dessen Übertragungsfunktion durch Gleichung (1) gegeben ist. Das Synthesefilter 14 kann das gleiche wie 14 in 1 sein, und seine lineare Vorhersageordnung p ist in dem Bereich von 10 bis 20 gesetzt. Als nächstes wird ein früheres synthetisiertes Signal oder Signale (von einem bis mehreren unmittelbar vorhergehenden Rahmen) aus einem Synthesesignalpuffer 25 einer LPC-Analyse in einem LPC-Analyseteil 26 unterzogen, um LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung α'_k mit k = 1, ..., p' zu erhalten. Die Vorhersageordnung p' kann gleich oder geringfügig verschieden von p sein. In der LPC-Analyse kann das Fenster zum Multiplizieren der zu analysierenden Signalsequenz entweder ein asymmetrisches Fenster oder ein symmetrisches Fenster wie etwa ein Hamming-Fenster sein.
Dann werden in einem inversen LP-Filter 27 p'-ter Ordnung, welches die LP-Koeffizienten α'_k als seine Filterkoeffizienten verwendet und dessen Übertragungsfunktion durch die folgende Gleichung
gegeben ist, die synthetisierten Signale eines oder mehrerer unmittelbar vorhergehender Rahmen einer inversen Filterung unterzogen, um Restsignale zu erhalten. Zu dieser Zeit kann α_i als ein Ersatz für α'_k verwendet werden.
Im Anschluss daran werden die Restsignale der vorhergehenden synthetisierten Signale einer LPC-Analyse in einem LPC-Analyseteil 28 unterzogen, um LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j mit j = 1,..., n zu erhalten. Damit die spektrale Feinstruktur, die nicht durch die lineare Vorhersage p'-ter Ordnung in dem LPC-Analyseteil 28 vorhergesagt werden kann, durch die lineare Vorhersage n-ter Ordnung ausgedrückt werden kann, ist es wünschenswert, dass die lineare Vorhersageordnung n ausreichend größer als wenigstens zwei Mal p' oder p ist. Wenn zum Beispiel ein Musiksignal codiert werden soll, kann manchmal eine Vorhersage von 100. oder höherer Ordnung erforderlich sein.
Dann werden die so erhaltenen Koeffizienten α'_k und β_j verwendet, um das Synthesefilter p'-ter Ordnung (ein Synthesefilter niedriger Ordnung) 29a und das Synthesefilter n-ter Ordnung (ein Synthesefilter hoher Ordnung) 29b zu bilden, deren Übertragungsfunktionen durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) gegeben sind:
Das Synthesefilter n'-ter Ordnung 29a und das Synthesefilter n-ter Ordnung 29b sind in Reihe geschaltet, um das reihengeschaltete Synthesefilter 29 zu bilden, dessen Übertragungsfunktion durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt ist.
Dabei kann α'_k wie in dem in Gleichung (2) ausgedrückten Schritt der inversen Filterung durch α ersetzt werden.
Das Erregungssignal vom Addierer 18 wird an die Synthesefilter 14 und 29 angelegt. Basierend auf dem akustischen Eingangssignal des an den Eingangsanschluss 11 angelegten gegenwärtigen Rahmens wird in einem Modusentscheidungsteil (einem Modusdiskriminator) 41, das später beschrieben wird, entschieden, welches unter dem Synthesefilter 14 und dem reihengeschalteten Synthesefilter 29 ausgewählt werden soll, und entsprechend dem Ergebnis der Entscheidung wird ein Schalter SW gesteuert, um den Ausgang des ausgewählten Synthesefilters 14 oder 29 mit dem Subtrahierer 19 zu verbinden.
Die als Ergebnis der obigen Codierprozedur gelieferten Ausgaben sind der aus dem adaptiven Codebuch 15 ausgewählte Tonhöhenindex, der aus dem festen Codebuch 21 ausgewählte Index, der Verstärkungsindex aus dem Verstärkungscodebuch 17, der LP-Koeffizientencode aus dem Quantisierteil 13 und der von dem Modusdiskriminator 41 ausgewählte Moduscode. Der Schalter SW symbolisiert lediglich die Auswahl des Synthesefilters 14 oder 29, das eine Codierung des akustischen Eingangssignals von höherer Qualität liefert. Bei der tatsächlichen Verarbeitung wird bei Festlegung des optimalen Satzes von Indizes das ausgewählte Synthesefilter, zum Beispiel 14, durch das Erregungssignal getrieben, um seinen internen Zustand festzulegen. Dann wird das resultierende synthetisierte Signal an das nicht ausgewählte Synthesefilter, zum Beispiel 29, entgegengesetzt von dessen Ausgangsseite (inverse Filterung) angelegt, um dessen internen Zustand festzulegen. Dabei verbindet der Schalter SW die Ausgangsseite des LP-Synthesefilters 14 mit der Ausgangsseite des reihengeschalteten Synthesefilters 29. Als Ergebnis werden die internen Zustände von beiden Synthesefiltern 14 und 29 aktualisiert. Wenn das Synthesefilter 29 ausgewählt ist, werden entsprechend beide Synthesefilter 14 und 29 aktualisiert. Während des Absuchens der Codebücher 15, 21 und 17 nach optimalen Indizes ist nur das ausgewählte Synthesefilter 14 oder 29 in Betrieb.
In der Ausgestaltung der 8 ist der Schalter SW an der Eingangsseite des Subtrahierers 19 dargestellt, er kann aber auch an der Ausgangsseite des Subtrahierers 19 angeordnet sein. Anstatt das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 an der Ausgangsseite des Subtrahierers 19 anzuordnen, ist es möglich, Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20₁ und 20₂ an zwei Eingangsseiten des Subtrahierers 19 zu platzieren, wie durch gestrichelte Linien dargestellt, so dass das akustische Eingangssignal und das synthetisierte Signal dem Subtrahierer 19 nach Wahrnehmungsgewichtung zugeführt werden.
Als nächstes wird eine Beschreibung des Arbeitsprinzips des Modusdiskriminators 41 geliefert. In 8 liefern die LP-Koeffizienten α_i, die dem LP-Synthesefilter 14 zugeführt werden, das Eingangserregungssignal mit der spektralen Hülle des akustischen Eingangssignals. Wenn die LP-Koeffizienten α_i in einem inversen Filter mit einer Charakteristik invers zu der des LP-Synthesefilters 14 gesetzt werden, um inverse Filterung des synthetisierten akustischen Signals durchzuführen, wird eine Version des synthetisierten akustischen Signals mit abgeflachter spektraler Hülle als Restsignal geliefert. Das Restsignal stellt das Eingangserregungssignal für das Synthesefilter 14 dar, welches das synthetisierte akustische Signal erzeugt hat. Die kleine Leistung des Restsignals bedeutet, dass die Codiereffizienz für das akustische Eingangssignal in den in dem LP-Synthesefilter 14 gesetzten LP-Koeffizienten α_i entsprechend hoch ist – dies bedeutet eine Audio-Codierung höherer Qualität. Das gleiche gilt für das reihengeschaltete Synthesefilter 29.
In Anbetracht des oben Gesagten können gemäß der vorliegenden Erfindung die den Synthesefiltern 14 und 29 in dem gegenwärtigen Rahmen zugeführten LP-Koeffizienten und ihre im früheren Rahmen aktualisierten internen Zustände in zwei in dem Modusdiskriminator 41 vorgesehenen inversen Filtern gesetzt, dann wird das aus dem akustischen Eingangssignal geschätzte akustische Synthesesignal inversen Filterprozessen entsprechend den Synthesefiltern 14 beziehungsweise 29 unterzogen, um Restsignale als geschätzte Eingangserregungssignale für diese zu erhalten, und die Leistungen der Restsignale werden verglichen, um zu entscheiden, welches Synthesefilter verwendet werden soll, um die Audio-Codierung mit höherer Qualität durchzuführen.
Hier ist zu beachten, dass die Entscheidung in der vorliegenden Erfindung für jeden Eingangssignalrahmen nicht darüber getroffen wird, ob das akustische Eingangssignal ein Musik- oder Sprachsignal ist, sondern welches unter reihengeschaltetem Synthesefilter 29 und Synthesefilter niedriger Ordnung 14 für die qualitativ bessere Audio-Codierung verwendet werden soll. Wenn basierend auf dem Entscheidungsergebnis das Synthesefilter niedriger Ordnung 14 gewählt wird, ist die Häufigkeit, mit der der Rahmen des akustischen Eingangssignal ein Sprachsignalrahmen ist, hoch, wohingegen wenn das reihengeschaltete Synthesefilter 29 ausgewählt ist, die Häufigkeit, mit der der Rahmen des akustischen Eingangssignals ein Musiksignalrahmen ist, hoch ist. Es können aber auch Situationen auftreten, bei denen das reihengeschaltete Synthesefilter in dem Sprachsignalrahmen gewählt wird und in denen das Synthesefilter niedriger Ordnung 14 in dem Musiksignalrahmen gewählt wird. Ferner ist in der vorliegenden Erfindung das akustische Eingangssignal nicht speziell auf Musik- und Sprachsignale beschränkt, sondern jedes der Synthesefilter wird für eine Codierung hoher Qualität eines beliebigen Audiosignals ausgewählt.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein konkretes Beispiel des Modusentscheidungsteils 41 in 8 darstellt. Das Modusentscheidungsteil 41 von 9 umfasst: ein inverses LP-Filter 41A mit einer Charakteristik invers zu der des LP-Synthesefilters (des Synthesefilters niedriger Ordnung) 14; ein inverses LP-Filter 41B mit einer Charakteristik invers zu der des reihengeschalteten Synthesefilters 29; und einen Komparator 41C, der mit Ausgabe-Restsignalen e₁ und e₂ der inversen Filter 41A und 41B versorgt ist und entscheidet, welches der Synthesefilter 14 und 29 die qualitativ bessere Codierung des Eingangssignals liefert. Basierend auf dem Entscheidungsergebnis des Komparators 41C wird der Schalter SW gesteuert. Die Audio-Codierqualitäten für das akustische Eingangssignal durch das Synthesefilter niedriger Ordnung 14 und durch das reihengeschaltete Synthesefilter 29 können aus dem akustischen Eingangssignal abgeschätzt werden, auch ohne einen Versuch der Audio-Codierung für den gegenwärtigen Rahmen durch Verwendung des Synthesefilters 14 beziehungsweise 29 durchzuführen, was ein beträchtliches Maß an Rechenkomplexität erfordert. Die Entscheidung erfolgt durch Vergleichen der Leistungen der (den geschätzten Eingangs-Erregungssignalen für die Synthesefilter 14 und 29 entsprechenden) Restsignale, die durch eine inverse Filterung der geschätzten synthetisierten Signale durch die inversen Filter 41A und 41B mit jeweils zu den Synthesefiltern 14 beziehungsweise 29 inversen Charakteristiken erhalten werden. Das konkrete Beispiel des Modusentscheidungsteils 41 wird nachfolgend beschrieben.
Das Modusentscheidungsteil 41 wird versorgt mit: dem akustischen Eingangssignal vom Eingangsanschluss 11; den Filterkoeffizienten p-ter Ordnung α_i, die in dem Synthesefilter 14 im gegenwärtigen Rahmen verwendet werden; dem internen Zustand (dem durch die frühere Rahmenverarbeitung aktualisierten Zustand) des Synthesefilters 14 zu Beginn der Verarbeitung des gegenwärtigen Rahmens; den Filterkoeffizienten α'_k p'-ter Ordnung (mit k = 1, 2,..., p') und den Filterkoeffizienten β_j n-ter Ordnung (mit j = 1, 2,..., n) für das reihengeschaltete Synthesefilter 29; und dem internen Zustand des Synthesefilters 29 zu Beginn der Verarbeitung des gegenwärtigen Rahmens. In der Ausgestaltung der 9 wird das akustische Eingangssignal als ein unter der Voraussetzung geschätztes synthetisiertes Signal verwendet, dass das Ausgangsfehlersignal vom Subtrahierer 19 Null ist, d. h. dass das akustische Eingangssignal etwa gleich dem synthetisierten Signal ist. Das inverse LP-Filter 41A verwendet als seine Filterkoeffizienten die Filterkoeffizienten α_i des LP-Synthesefilters 14, und seine Übertragungsfunktion ist gegeben durch die folgende Gleichung:
Das inverse Filter 41A führt eine inverse Filterung des geschätzten synthetisierten Signals (des akustischen Eingangssignals) des gegenwärtigen Rahmens aus, um das Restsignal e₁ zu erhalten. Bei dieser inversen Filterung wird das inverse Filter 41A auf seinen internen Zustand zur Zeit nach Durchführung der Verarbeitung des vorhergehenden Rahmens durch das LP-Synthesefilter 14 initialisiert.
Das LP-Synthesefilter 41B verwendet als Filterkoeffizienten die Filterkoeffizienten α'_k und β_j der LP-Synthesefilter 29a und 29b, und seine Übertragungsfunktion ist gegeben durch die folgende Gleichung
Das inverse Filter 41B führt eine inverse Filterung des geschätzten synthetisierten Signals (des akustischen Eingangssignals) des gegenwärtigen Rahmens durch, um das Restsignal e₂ zu erhalten. Bei dieser inversen Filterung wird das LP-Synthesefilter 41B auf seinen internen Zustand zur Zeit nach Durchführung der Verarbeitung des vorhergehenden Rahmens durch das reihengeschaltete Synthesefilter 29 initialisiert.
Der Komparator 41C vergleicht die Leistungen ||e₁||² und ||e₂||² der so erhaltenen Restsignale e₁ und e₂ und steuert den Schalter SW, um das Synthesefilter 14 oder 29 auszuwählen, das die Filterkoeffizienten desjenigen inversen Filters 41A oder 41B hat, welches das Restsignal mit der kleineren Leistung ausgegeben hat. Durch Initialisieren des internen Zustands eines jeden der inversen Filter 41A und 41B wie oben beschrieben werden für das akustische Eingangssignal in dem Codiersystem die Restsignale e₁ und e₂ erhalten, die einem idealen Erregungssignal entsprechen.
In diesem Fall ermöglicht die adaptive Addition veränderlicher Gewichtungsfaktoren W₁ und W₂ zu den Leistungen der Restsignale wie etwa ||W₁e₁||² und ||W₂e₂||² eine geschicktere Auswahl des Synthesefilters für jeden Rahmen und verhindert ein Gefühl der Diskontinuität, die anderenfalls durch ein häufiges Umschalten zwischen den zwei Synthesefiltern für jeden ausgewählten Rahmen verursacht würde. Wenn zum Beispiel e₁ < e₂ ist und der Filter 14 in irgend einem Rahmen gewählt ist, wird die Leistung e₁ mit dem Gewichtungsfaktor W₁ multipliziert, der zwischen 0 < W₁ < 1 gesetzt ist, und/oder e₂ wird mit W₂ multipliziert, was auf W₂ > 1 gesetzt ist; danach wird, wenn ||W₁ e₁||² > ||W₂ e₂||² ist und das Filter 29 gewählt ist, W₁ auf W₁> 1 und W₂ auf 0 < W₂ < 1 gesetzt.
Die Ausgestaltung der 9 ist oben unter der Annahme beschrieben worden, dass das vom Subtrahierer 19 in 8 ausgegebene Fehlersignal im wesentlichen 0 ist; das akustische Eingangssignal am Anschluss 11 wird als ein geschätztes synthetisiertes Signal verwendet und von den inversen Filtern 41A und 41B verwendet, um die Restsignale e₁ und e₂ zu liefern, die dem geschätzten Eingangserregungssignal für die Synthesefilter 14 und 29 entsprechen. Allerdings verwendet das Codiersystem in der Codiervorrichtung von 8 das wahrnehmungsgewichtete Restsignal, um die Durchsuchung der Codebücher 14, 21 und 17 zu steuern. Folglich ist es bevorzugt, dass das Modusentscheidungsteil 41 auch die Entscheidung unter Verwendung von idealen Restsignalen e₁ und e₂ treffen kann, die eine Rekonstruktion des wahrnehmungsgewichteten akustischen Eingangssignals ermöglichen. 10 zeigt eine abgewandelte Form des Modusentscheidungsteils 41, das eingerichtet ist, um einer solchen Anforderung zu genügen. In 10 wird das synthetisierte Signal unter der Annahme geschätzt, dass der Ausgangssignalpegel vom Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 im wesentlichen 0 ist, d. h. unter Berücksichtigung auch des Betriebs des Filters 20, und dass das geschätzte synthetisierte Signal inverser Filterung durch die inversen Filter 41A und 41B unterzogen wird, um Restsignale zu erhalten.
In dem Modusentscheidungsteil 41 von 10 ist ein inverses Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41E vorgesehen, in welchem Koeffizienten ω_1,i _, und ω_2,i des Wahrnehmungsgewichtungsfilters 20, das die durch folgende Gleichung gegebene Übertragungsfunktion hat:
und die in einem Filtersignalpuffer 41G gespeicherte Ausgabe des Subtrahierers 19 im vorhergehenden Rahmen durch ein Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41F wahrnehmungsgewichtet wird und der interne Zustand des Filters 41F zu dieser Zeit als Anfangszustand in dem inversen Filter 41E gesetzt wird. In dem inversen Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41E werden die Filterkoeffizienten ω_1,i und ω_2,i gesetzt, und die Übertragungsfunktion ist durch folgende Gleichung (9) invers zu der durch Gleichung (8) gegebenen Charakteristik gegeben:
Indem in das inverse Filter 41E „0" eingegeben wird, um inverse Filterung durchzuführen, wird die Eingabe des Filters 20 (d. h. das Ausgabefehlersignal vom Subtrahierer 19) geschätzt, und das geschätzte Fehlersignal wird durch einen Subtrahierer 41H von dem vom Eingangsanschluss 11 zugeführten akustischen Eingangssignal subtrahiert, wodurch das an den Subtrahierer 19 angelegte synthetisierte Signal geschätzt wird. Wie bei der Ausgestaltung der 4 wird das geschätzte synthetisierte Signal an die inversen Filter 41A und 41B angelegt, um die Restsignale e₁ und e₂ zu liefern.
Das Modusentscheidungsteil 41 von 9 oder 10 kann auf die Ausgestaltung der 8 angewandt werden, unabhängig davon, ob das Wahrnehmungsgewichtungsfilter als Filter 20 an der Ausgangsseite des Subtrahierers 19 oder als Filter 20₁ und 20₂ an den Eingangsseiten des Subtrahierers 19 implementiert ist. Das gleiche gilt für sämtliche nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen.
Bei der Ausgestaltung der 8 folgt auf die Wahrnehmungsgewichtung des vom Subtrahierer 19 ausgegebenen Fehlersignals durch das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 die Durchsuchung der Codebücher 15, 21 und 17 nach Indizes, die die Leistung des gewichteten Fehlersignals minimieren. Dies ist äquivalent zur Verbindung der Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20₁ und 20₂ mit den zwei Eingängen des Subtrahierers 19, wie durch die gestrichelten Blöcke in 8 dargestellt. D. h. das gleiche Ergebnis könnte auch durch Anlegen des akustischen Eingangssignals vom Eingangsanschluss 11 und des synthetisierten Signals vom Synthesefilter 14 oder 29 an den Subtrahierer 19 nach Verarbeitung derselben durch das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 erhalten werden. 11 zeigt ein Beispiel der Konfiguration des unter diesem Gesichtspunkt konstruierten Modusentscheidungsteils 41. In dem dargestellten Beispiel wird der Fehler zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem synthetisierten Signal, die beide als wahrnehmungsgewichtet angenommen werden, berechnet, und das synthetisierte Signal wird unter der Annahme geschätzt, dass die Leistung des Fehlersignals „0" ist.
Das Modusentscheidungsteil 41 von 11 hat ein Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41D zur Wahrnehmungsgewichtung des akustischen Eingangssignals, das inverse Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41E zum Schätzen des synthetisierten Signals aus dem wahrnehmungsgewichteten akustischen Eingangssignal durch inverse Filterung desselben und das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41F zum Initialisieren des internen Zustands des inversen Wahrnehmungsgewichtungsfilters 41E. Das durch das inverse Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41E erzeugte geschätzte synthetisierte Signal wird an die inversen Filter 41A und 41B angelegt, um wie im Fall von 9 die Restsignale zu erhalten.
Die Filterkoeffizienten q-ter Ordnung ω_1,i und ω_2,i, die in dem Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 verwendet werden, werden als Filterkoeffizienten den Wahrnehmungsgewichtungsfiltern 41D, 41F und dem inversen Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41E zugeführt. Wie im Fall der Ausgestaltung der 9 werden die Filterkoeffizienten p-ter Ordnung α_i, der in dem Synthesefilter 14 verwendet wird, und der interne Zustand des Filters 14 zu Beginn des gegenwärtigen Rahmens in dem inversen LP-Filter 41A gesetzt, und die Filterkoeffizienten p'-ter Ordnung α'_k und die Filterkoeffizienten n-ter Ordnung β_j, die in dem reihengeschalteten Synthesefilter 29 verwendet werden, und der interne Zustand des Filters 29 zu Beginn des gegenwärtigen Rahmens werden in dem inversen LP-Filter 41B gesetzt. Das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41D ist entsprechend dem virtuell vorgesehenen Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20, vorgesehen, und basierend auf den darin gesetzten Filterkoeffizienten ω_1,i und ω_2,i hat es die durch Gleichung (8) gegebene Übertragungsfunktion und führt eine Wahrnehmungsgewichtung des akustischen Eingangssignals durch. Durch diese Filterung wird das wahrnehmungsgewichtete akustische Eingangssignal geschätzt, das von dem virtuell eingefügten Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20₁ geliefert wird. Das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41F hat ebenfalls die durch Gl. (8) gegebene Übertragungsfunktion.
Basierend auf den darin gesetzten Filterkoeffizienten ω_1,i und ω_2,i hat das inverse Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41E die durch Gl. (9) gegebene Übertragungsfunktion und führt eine inverse Filterung des wahrnehmungsgewichteten akustischen Eingangssignals durch, um ein geschätztes synthetisiertes Signal auf der Eingangsseite des virtuell eingefügten Wahrnehmungsgewichtungsfilters 20₂ zu erzeugen. Bei dieser inversen Filterung wird der interne Zustand des inversen Filters 41E auf dessen internen Zustand zur Zeit der von dem Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41F durchgeführten Filterung eines synthetisierten Signals von einem oder mehreren vom Synthetisiertes-Signal-Puffer 25 gelieferten Rahmen gesetzt. Das so erhaltene geschätzte synthetisierte Signal wird durch die inversen Filter 41A und 41B invers gefiltert, um die Restsignale e₁ und e₂ zu erhalten, und eines der Synthesefilter wird durch dieselbe Prozedur wie oben mit Bezug auf 9 beschrieben ausgewählt.
Während oben die Erzeugung des geschätzten synthetisierten Signals unter der Annahme beschrieben wurde, dass das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 in 8 virtuell auf der Eingangsseite des Subtrahierers 19 vorgesehen ist, kann das Modusentscheidungsteil 41 von 11 auch verwendet werden, wenn das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20 durch die als gestrichelte Blöcke in 8 dargestellten Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20₁ und 20₂ ersetzt ist. Da allerdings in einem solchen Fall die Filterkoeffizienten und der interne Zustand des Wahrnehmungsgewichtungsfilters 20₁ für das akustische Eingangssignal in den Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41D gesetzt werden und die Filterkoeffizienten und der interne Zustand des Wahrnehmungsgewichtungsfilters 20₂ für das synthetisierte Signal in den inversen Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41E gesetzt werden, ist das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41F überflüssig. Außerdem muss, wenn das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 20₁ näher zum Eingangsanschluss 11 als das Modusentscheidungsteil 41 angeordnet ist, die Ausgabe des Filters 20₁ nur in das inverse Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41E eingegeben werden, und folglich kann auch das Wahrnehmungsgewichtungsfilter 41D entfallen.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Ausgestaltung der Codiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausgestaltung unterscheidet sich von der Ausgestaltung der 8 darin, dass die LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j durch Durchführung einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem früheren Erregungssignal aus einem Erregungssignalpuffer 42 in einem LPC-Analyseteil 43 erhalten werden. Die jeweiligen Signale werden in den Puffern 25 und 42 gespeichert, wenn aus den Codebüchern 14 und 17 auszuwählende Indizes und die den Multiplizierern 22 und 23 zuzuführende Verstärkung g₁ und g₂ festgelegt worden sind. Der Erregungssignalpuffer 42 wird mit dem Ausgabesignal vom Addierer 19 oder dem Synthesefilter n-ter Ordnung 29b versorgt, je nachdem, ob das LP-Synthesefilter 29 oder das reihengeschaltete Synthesefilter 29 ausgewählt worden sind. In dieser Ausgestaltung kann das Modusentscheidungsteil 41 ein beliebiges unter den in 9, 10 und 11 abgebildeten sein.
Wie in 8 und 12 dargestellt, wird gemäß der Codiervorrichtung der vorliegenden Erfindung in dem Fall, wo die Wellenform des akustischen Eingangssignals mit der Zeit wesentliche Schwankungen durchläuft (zum Beispiel im Fall eines Kastagnettengeräuschs), wie in 13 dargestellt, oder wenn die Frequenzcharakteristik des akustischen Eingangssignals durch Harmonische einer für Sprache charakteristischen Einzeltonhöhenfrequenz gebildet ist und die Tonhöhenverzögerung kurzfristigen Schwankungen unterliegt, wie in 14 dargestellt, das Synthesefilter niedriger Ordnung 14 gewählt, das die spektrale Hülle des akustischen Eingangssignals ausdrückt. In dem Fall, dass die Frequenzcharakteristik des akustischen Eingangssignals durch eine Mehrzahl von ungleichmäßig beabstandeten scharfen Spitzen gebildet ist, wie in 15 gezeigt, wird das reihengeschaltete Synthesefilter 29 ausgewählt, das in der Lage ist, die spektrale Hülle und die spektrale Feinstruktur des akustischen Eingangssignals auszudrücken. Auf diese Weise kann die optimale Audio-Codierung erreicht werden.
Dabei sind die Wahrnehmungsgewichtungsfilter nicht speziell auf den selbstregressiven Typ mit gleitendem Mittelwert, wie durch Gleichung (8) ausgedrückt, beschränkt.
16 zeigt in Blockform eine Struktur, die mit einem System verknüpft ist, in welchem adaptive Codebücher 15A, 15B, feste Codebücher 21A, 21B und Verstärkungscodebücher 17A, 17B selektiv durch Umschalten von Schaltern SW21, SW22 und SW23 entsprechend dem im Modusentscheidungsteil 41 der Ausgestaltungen von 8 und 12 ausgewählten Synthesefilter 14 oder 29 verwendet werden. Mit einer solchen Konfiguration wie dargestellt ist es nicht nur möglich, selektiv die Synthesefilter 14 und 29 entsprechend der Charakteristik des akustischen Eingangssignals zu verwenden und die Codebücher 15A, 15, 21A, 21B, 27A und 17B vorzubereiten, die zu der Charakteristik des akustischen Eingangssignals passen. D. h. das adaptive Codebuch 15A wird aktualisiert, indem daran das Eingangserregungssignal des Filters 14 angelegt wird, wenn dieses Filter ausgewählt ist, und wenn das Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a in dem Filter 29 ausgewählt ist, wird das darin eingegebene Erregungssignal an das adaptive Codebuch 15A angelegt, um es zu aktualisieren. Das adaptive Codebuch 15B wird aktualisiert, indem daran das Eingangserregungssignal des Filters 29 angelegt wird, wenn dieses Filter ausgewählt ist, und wenn das Filter 14 ausgewählt ist, wird das darin eingegebene Erregungssignal über ein inverses LP-Filter n-ter Ordnung 44 an das adaptive Codebuch 15A angelegt, um es zu aktualisieren.
Wenn die Codebücher durch Training vorbereitet werden, wird das feste Codebuch 21A vorbereitet unter Verwendung von Trainingsdaten durch Verwendung des Synthesefilters 14, und das feste Codebuch 21B wird entsprechend vorbereitet unter Verwendung von Trainingsdaten durch Verwendung des Synthesefilters 29. Das Verstärkungscodebuch 17A wird gleichzeitig mit der Vorbereitung des festen Codebuches 21A vorbereitet, und das Verstärkungscodebuch 17b wird gleichzeitig mit der Vorbereitung des festen Codebuchs 21B vorbereitet.
Wie oben angesprochen, können das Synthesefilter p-ter Ordnung 14 und das Synthesefilter 29a pter Ordnung dasselbe Synthesefilter miteinander teilen. 17 zeigt ein Beispiel, in welchem das Synthesefilter 14 auch als Synthesefilter 29 verwendet wird, wobei diejenigen Teile, die denen in 8 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausgestaltung werden die Ausgabe des Addierers 18 und die Ausgabe des Synthesefilters n-ter Ordnung 29b selektiv über den Schalter SW mit dem Eingang des Synthesefilters p-ter Ordnung 14 verbunden. In dem inversen LP-Synthesefilter 27 werden die in dem Quantisierteil 13 quantisierten LP-Koeffizienten p-ter Ordnung α_i gesetzt, und das akustische Eingangssignal vom Eingangsanschluss 11 wird einer inversen LP-Filterung unterzogen. In diesem Beispiel kann ein als gestrichelter Block 56 dargestellter Puffer vorgesehen sein, so dass das Synthesefilter eine inverse Filterung von akustischen Eingangssignalen mehrerer Rahmen gleichzeitig durchführt. In diesem Fall werden die als Ergebnisse der Analyse durch das LPC-Analyseteil 28 bereitgestellten LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j in einem Quantisierteil 45 quantisiert, dann werden die quantisierten LP-Koeffizienten β_j in dem Filter n-ter Ordnung 29b gesetzt, und ein Code, der die quantisierten LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j repräsentiert, wird zur codierten Ausgabe addiert.
18 zeigt ein Beispiel, in welchem das Synthesefilter p-ter Ordnung 14 auch als das Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a verwendet wird, wobei die Teile, die denjenigen in 12 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Das Synthesefilter p-ter Ordnung 14, das Synthesefilter n-ter Ordnung 29b und der Schalter SW sind in der gleichen Weise wie in der Ausgestaltung der 17 verbunden. Die Eingabe in den Erregungssignalpuffer 42 ist das Ausgangssignal vom Schalter SW.
In 19 ist angewandt auf die Ausgestaltung der 8 ein Beispiel gezeigt, in welchem das Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a auch als das Synthesefilter p-ter Ordnung 14 verwendet wird. Das Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a ist anstelle des Synthesefilters p-ter Ordnung 14 in der Ausgestaltung der 17 vorgesehen, und wie im Fall der Ausgestaltung der 8 wird das synthetisierte Signal einer LPC-Analyse in dem LPC-Analyseteil 26 unterzogen, und die resultierenden LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung werden in dem Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a gesetzt. Das LPC-Analyseteil 12, das Quantisierteil 13 und das LP-Synthesefilter 14 sind weggelassen. In diesem Fall wird der die LP-Koeffizienten α_i anzeigende Code nicht ausgegeben.
Auch in der Ausgestaltung der 12 kann das Synthesefilter p-ter Ordnung 14 als Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a verwendet werden, wie im Fall von 19. 15 zeigt eine solche Abwandlung. Das Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a, das Synthesefilter n-ter Ordnung 29b und der Schalter SW sind in der gleichen Weise wie in 8 gezeigt verbunden. Wie man leicht versteht, ist das inverse LP-Filter 27 weggelassen, und das Ausgangssignal vom Schalter SW wird über den Erregungssignalpuffer 42 wie erforderlich einem LPC-Analyseteil 43 zugeführt. In diesem Fall braucht der LP-Koeffizientencode nicht ausgegeben zu werden.
21 zeigt in Blockform das Modusentscheidungsteil 41, das verwendet wird, wenn dasselbe Synthesefilter sowohl als Synthesefilter p-ter Ordnung 14 als auch als Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a verwendet wird, wie oben mit Bezug auf 17 bis 20 beschrieben. Das akustische Eingangssignal wird einer inversen LP-Filterung durch das inverse LP-Filter 41A unterzogen, in dem die Koeffizienten α_i (oder α'_k) und der interne Zustand des zu verwendenden Synthesefilters p-ter Ordnung 14 (oder p'-ter Ordnung 29a) gesetzt sind, dann wird das resultierende Restsignal (das dem geschätzten Eingabe-Erregungssignal in das Synthesefilter p'-ter Ordnung 29a entspricht) e₁ in das inverse LP-Filter 41B eingegeben. In dem inversen LP-Filter 41B sind die Filterkoeffizienten und der interne Zustand des Synthesefilters n-ter Ordnung 29b gesetzt, und es führt eine inverse LP-Filterung des Restsignals e₁ aus, um das Restsignal (entsprechend dem geschätzten Eingabe-Erregungssignal in das Synthesefilter n-ter Ordnung 29) e₂ zu erzeugen, das durch den Komparator 41C mit dem Restsignal e₁ verglichen wird.
Als nächstes wird eine Beschreibung von Ausgestaltungen des Audio-Decodierverfahrens und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben. 22 ist ein Blockdiagramm, das eine Decodiervorrichtung entsprechend der in 8 gezeigten Codiervorrichtung zeigt, wobei die Teile, die denjenigen in der herkömmlichen Decodiervorrichtung von 2 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausgestaltung sind zusätzlich zu dem LP-Synthesefilter pter Ordnung 33 ein reihengeschaltetes Synthesefilter 59, gebildet durch eine Reihenschaltung eines Synthesefilter p'-ter Ordnung 59a und eines LP-Synthesefilters n-ter Ordnung 59b, vorgesehen. Diese Synthesefilter 33 und 59 werden getrieben durch das Erregungssignal vom Addierer 37. Entsprechend dem eingegebenen Moduscode wird ein Schalter SW3 gesteuert, durch den die Ausgabe eines der Synthesefilter 33, 59 als synthetisiertes Signal dem Nachfilter 38 zugeführt wird.
Der eingegebene LP-Koeffizientencode wird in dem Decodierteil 32 decodiert, und die decodierten p-ten LP-Koeffizienten α_i werden verwendet, um die Filterkoeffizienten in dem Synthesefilter p-ter Ordnung 33 zu setzen. Ein Synthesesignalpuffer 54, ein LPC-Analyseteil 55, ein inverses LP-Filter 56 und ein LPC-Analyseteil 57 sind im Betrieb identisch mit dem Synthesesignalpuffer 25, dem LPC-Analyseteil 26, dem inversen LP-Filter 27 und dem LPC-Analyseteil 28 in der Codiervorrichtung der 8. Das synthetisierte Signal wird über den Schalter SW3 in dem Synthesesignalpuffer 54 gespeichert, und es wird in dem LPC-Analyseteil 55 LPC-analysiert. Basierend auf den LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung α'_k werden die Filterkoeffizienten des Synthesefilters p'-ter Ordnung 59a gesetzt. Die LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung α'_k werden in dem inversen LP-Filter 56 gesetzt, an den das Synthesesignal angelegt wird, um ein Restsignal zu erzeugen. Das Restsignal wird in dem LPC-Analyseteil 57 LPC-analysiert, und die resultierenden LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j werden als Filterkoeffizienten in dem Synthesefilter n-ter Ordnung 59b gesetzt. Diese Ausgestaltung ist mit dem herkömmlichen Beispiel der 2 identisch, und eine weitere Beschreibung wird nicht gegeben.
23 zeigt in Blockform eine andere Ausgestaltung der Decodiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die der Codiervorrichtung von 12 entspricht, wobei die Teile, die denjenigen in 22 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Ausgestaltung ist das inverse LP-Filter 56 in 22 weggelassen, statt dessen wird das Erregungssignal vom Addierer 37 oder das Ausgangssignal vom Synthesefilter n-ter Ordnung 59b selektiv über einen Schalter SW4 an einen Erregungssignalpuffer 58 angelegt, um darin zeitweilig gespeichert zu werden, dann wird das Erregungssignal in dem LPC-Analyseteil 57 LPC-analysiert, um die LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j zu erhalten, die als Filterkoeffizienten in dem Synthesefilter n-ter Ordnung 59b gesetzt werden. Der Schalter SW4 wird synchronisiert mit dem Schalter SW3 geschaltet.
Wenn bei der Ausgestaltung der 8 das akustische Eingangssignal als Ersatz für das Synthesesignal dem Synthesesignalpuffer 25 zugeführt wird, müssen auch die LP-Koeffizienten α'_k und β_j der LPC-Analyseteile 26 und 28 codiert und ausgegeben werden. In der Decodiervorrichtung werden in einem solchen Fall, wie in 24 abgebildet, die LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung α'_k aus den eingegebenen Codes in einem Decodierteil 50a decodiert und in dem Synthesefilter p'-ter Ordnung 59a gesetzt, dann werden die LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j aus den eingegebenen Codes in einem Decodierteil 50b decodiert und in dem Synthesefilter n-ter Ordnung 59b gesetzt. Die anderen Teile und ihre Operationen sind dieselben wie in der Ausgestaltung der 22.
25 zeigt in Blockform eine Decodiervorrichtung entsprechend der Codiervorrichtung der 18. In dieser Ausgestaltung werden die Ausgänge des Addierers 37 und des Synthesefilters n-ter Ordnung selektiv über den Schalter SW3 mit dem Eingang des Synthesefilters p-ter Ordnung 33 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang des Nachfilters 38 verbunden ist. Das Synthesesignal vom Synthesefilter p-ter Ordnung 33 wird zeitweilig in dem Synthesesignalpuffer 54 gespeichert und danach an das inverse LP-Filter 56 angelegt. Die Filterkoeffizienten des inversen LP-Filters 56 werden basierend auf den vom Decodierteil 32 gelieferten LP-Koeffizienten p-ter Ordnung α_i festgelegt. Die anderen Teile und ihre Operationen sind dieselben wie in der Ausgestaltung der 22.
26 zeigt in Blockform eine Decodiervorrichtung entsprechend der Codiervorrichtung von 17. Der Synthesesignalpuffer 54, das inverse LP-Filter 56 und das LPC-Analyseteil 57 in 25 sind weggelassen, und der Code, der die LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j darstellt, wird in dem Decodierteil 50b decodiert, und die decodierten LP-Koeffizienten werden als Filterkoeffizienten in dem Synthesefilter n-ter Ordnung 59b gesetzt.
27 zeigt in Blockform eine Decodiervorrichtung entsprechend der Codiervorrichtung von 19. In dieser Ausgestaltung ist das Synthesefilter p-ter Ordnung 33 von 25 ersetzt durch das Synthesefilter p'-ter Ordnung 59a, und die LP-Koeffizienten p'-ter Ordnung α'_k, die durch Analysieren des Synthesesignals in dem LPC-Analyseteil 55 erhalten werden, werden in dem Synthesefilter p'ter Ordnung 59a gesetzt. Wie im Fall der Ausgestaltung von 22 wird das Synthesesignal aus dem Synthesesignalpuffer 54 durch ein inverses LP-Filter 58 invers gefiltert, um ein Restsignal zu erhalten, das in dem LP-Analyseteil 57 analysiert wird, und die resultierenden LP-Koeffizienten n-ter Ordnung β_j werden in dem Synthesefilter n-ter Ordnung 59b gesetzt.
In diesem Fall werden keine LP-Koeffizientencodes in die Decodiervorrichtung eingegeben, und das Decodierteil 32 und das Synthesefilter p-ter Ordnung 33 in 22 sind weggelassen.
28 zeigt in Blockform eine Decodiervorrichtung entsprechend einer Abwandlung der Codiervorrichtung von 19, bei der das inverse LP-Filter 27 weggelassen ist und das Erregungssignal an das LPC-Analyseteil 28 angelegt ist. Die Teile, die denjenigen in 27 entsprechen, sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Das inverse LP-Filter 56 in 27 ist weggelassen, doch wird statt dessen das Erregungssignal, das das Ausgangssignal des Schalters SW3 ist, dem LPC-Analyseteil 57 zugeführt, um die LP-Koeffizienten n-ter Ordnung zu erhalten.
Wenn der LP-Koeffizientencode in die Decodiervorrichtung von 28 eingegeben wird, werden, wie durch die gestrichelten Linien dargestellt, die LP-Koeffizienten p-ter Ordnung α_i in dem Decodierteil 32 decodiert, und die LP-Koeffizienten p-ter Ordnung α_i werden in dem Synthesefilter pter Ordnung 33 anstatt in dem Synthesefilter p'-ter Ordnung 59a gesetzt.
Wenn die Codiervorrichtung verwendet wird, um selektiv dasjenige der zwei Codebücher unter adaptiven, festen und Verstärkungscodebüchern zu verwenden, das zum ausgewählten Synthesefilter, d. h. dem LP-Synthesefilter 14 oder dem reihengeschalteten Synthesefilter 29 passt, ist auch die Decodiervorrichtung entsprechend konfiguriert. Zum Beispiel ist die Decodiervorrichtung der 25 wie in 29 dargestellt abgewandelt. D. h. es sind adaptive Codebücher 34A, 34B, feste Codebücher 35A, 35B und Verstärkungscodebücher 36A, 36B vorgesehen, die mit den adaptiven Codebüchern 15A, 15B, den festen Codebüchern 21A, 21B und den Verstärkungscodebüchern 17A, 17B in 16 identisch sind. Die adaptiven Codebücher 34A, 34B, die festen Codebücher 35A, 35B und die Verstärkungscodebücher 36A, 36B werden durch Schalter SW51, SW53 und SW54 in verknüpfter Beziehung zum Schalter SW3 geschaltet, so dass eines der zwei Codebücher jedes Paars ausgewählt ist. Die anderen Operationen sind die gleichen wie bei der Ausgestaltung der 25. Die selektive Verwendung eines der zwei Codebücher jedes Paares entsprechend dem Moduscode wie oben beschrieben ist auch anwendbar auf die in 22 bis 24, 27 und 28 abgebildeten Ausgestaltungen.
Die oben beschriebenen Funktionen der Codier- und Decodiervorrichtungen können auch durch Ausführung von Computerprogrammen implementiert werden.
30 zeigt eine Computerkonfiguration zur Implementierung der Codier- und Decodierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Computer 60 umfasst eine CPU 61, ein RAM 62, ein ROM 63, eine Ein-/Ausgabeschnittstelle 64, eine Festplatte 65 und einen Treiber 66, die über einen Bus 68 miteinander verbunden sind. In das ROM 63 ist ein Grundprogramm zum Betreiben des Computers 60 geschrieben, und auf der Festplatte 65 sind Programme zum Ausführen der Codier- und Decodierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vorgespeichert. Zum Beispiel lädt während des Codierens die CPU 61 ein Codierprogramm von der Festplatte 65 in das RAM 62, codiert dann das akustische Eingangssignal über die Schnittstelle 54 unter Kontrolle des Codierprogramms und gibt Codes über die Schnittstelle 64 aus.
Während der Decodierung lädt die CPU 61 ein Decodierprogramm von der Festplatte 65 in das RAM 62, decodiert dann eingegebene Codes unter der Kontrolle des Decodierprogramms und gibt Audio-Abtastsignale aus. Die Programme zum Implementieren der Codier- und Decodierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können Programme sein, die auf einer externen Platteneinheit 67 aufgezeichnet sind, die über den Treiber 66 mit dem internen Bus 68 verbunden ist. Die Programme zum Implementieren der Codier- und Decodierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium oder einem Aufzeichnungsmedium wie etwa einem Halbleiterspeicher oder einer Compactdisc aufgezeichnet sein.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Synthesesignal für ein Eingangssignal geschätzt, dann wird das Synthesesignal verwendet, um die Audio-Codierqualität, die im Falle der Verwendung eines Synthesefilters niedriger Ordnung erhalten würde, und die Audio-Codierqualität, die unter Verwendung eines reihengeschalteten Synthesefilters, gebildet durch eine Reihenschaltung von Synthesefiltern hoher und niedriger Ordnung, erhalten würde, zu schätzen, und Audiocodierung wird unter Verwendung desjenigen Synthesefilters durchgeführt, das eine höhere Codierqualität liefert. Mit einer solchen Konfiguration wird zum Beispiel im Falle der Codierung eines Signals, dessen Wellenform sich mit der Zeit abrupt ändert, das Filter niedriger Ordnung gewählt, in welchem Vorhersage-Koeffizienten gesetzt sind, die aus einer linearen Vorhersage lediglich niedriger Ordnung zum Ausdrücken der spektralen Hülle erhalten werden, und im Falle der Codierung eines Musiksignals, dessen Frequenzcharakteristik signifikant abweicht, wird das reihengeschaltete Synthesefilter ausgewählt, in welchem Vorhersage-Koeffizienten gesetzt sind, die durch lineare Vorhersage niedriger Ordnung zum Ausdrücken der spektralen Hülle und eine lineare Vorhersage hoher Ordnung zum Ausdrücken einer spektralen Feinstruktur eines Restsignals der linearen Vorhersage niedriger Ordnung erhalten werden. So ist es möglich, unabhängig von der Charakteristik des Eingangssignals eine Audiocodierung hoher Qualität zu erreichen.
Gemäß der Decodiervorrichtung und dem Decodierverfahren nach der vorliegenden Erfindung sind ein Synthesefilter niedriger Ordnung und ein reihengeschaltetes Synthesefilter, zusammengesetzt aus Synthesefiltern niedriger und hoher Ordnung, vorgesehen, und dasjenige der Synthesefilter, das zu dem zu decodierenden Synthesesignal passt, wird entsprechend dem Eingangsmoduscode ausgewählt – dies gewährleistet eine Audiocodierung in hoher Qualität.

Claims

Audio-Codierverfahren zum Codieren eines akustischen Eingangssignals durch Erzeugen eines synthetisierten akustischen Signals durch Verwendung eines Codebuchmittels (15, 21), das Erregungsvektoren in Entsprechung zu jeweiligen Indizes enthält, und Absuchen des Codebuchmittels (15, 21) nach Erregungsvektoren, die den Fehler zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem synthetisierten akustischen Signal minimieren, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Festlegen, basierend auf dem akustischen Eingangssignal und einem früheren synthetisierten akustischen Signal, von Koeffizienten für ein erstes LP-Synthesefilter (14) p-ter Ordnung und von Koeffizienten für ein reihengeschaltetes Synthesefilter (29), bestehend aus einem zweiten LP-Synthesefilter (29a) p'-ter Ordnung und einem dritten LP-Synthesefilter (29b) n-ter Ordnung, wobei p' gleich oder nahezu gleich p und n größer als p ist; (b) Erhalten, als erste und zweite geschätzte Erregungssignale zum Ansteuern des ersten LP-Synthesefilters (14) beziehungsweise des reihengeschalteten Synthesefilters (29), von ersten und zweiten Restsignalen durch inverses Filtern eines dem akustischen Eingangssignal entsprechenden Signals durch ein erstes inverses Filter (41A), das eine Übertragungsfunktion invers zu derjenigen des ersten LP-Synthesefilters (14) hat, und ein zweites inverses Filter (41B), das eine Übertragungsfunktion invers zu derjenigen des reihengeschalteten Synthesefilters (29) hat; (c) Festlegen, anhand des ersten und zweiten Restsignals, desjenigen unter dem ersten LP-Synthesefilter (14) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (29), das eine höhere Codierqualität für das akustische Eingangssignal liefert, und Auswählen des so festgelegten Synthesefilters als ein Synthesefilter für die Audio-Codierung; (d) Anwenden von Verstärkungen auf aus dem Codebuchmittel (15, 21) ausgewählte Erregungsvektoren, um ein Erregungssignal zu erhalten, Erzeugen eines synthetisierten akustischen Signals durch Anlegen des Erregungssignals an das in Schritt (c) ausgewählte Synthesefilter, und Berechnen des Fehlers zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem synthetisierten akustischen Signal; (e) Wiederholen von Schritt (d) für jeden Erregungsvektor in den Codebuchmittel (15, 21), um den Erregungsvektor und die Verstärkung festzulegen, die den Fehler minimieren; und (f) Ausgeben von Codes, die wenigstens den den in Schritt (e) festgelegten Erregungsvektoren entsprechenden Index umfassen, als Codebuchindizes, eines die in Schritt (e) festgelegten Verstärkungen darstellenden Verstärkungsindex und eines Moduscodes, der darstellt, welches unter dem ersten LP-Synthesefilter (14) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (29) ausgewählt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt (a) die Schritte umfasst: (a-1) Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem jeweiligen Rahmen des akustischen Eingangssignals, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (14); (a-2) Durchführen einer LPC-Analyse p'-ter Ordnung an einem früheren synthetisierten akustischen Signal, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignals entspricht, die dem jeweiligen Rahmen vorangehen, um zweite LP-Koeffizienten zu erhalten; (a-3) Durchführen von inverser LP-Filterung des früheren synthetisierten akustischen Signals basierend auf den zweiten LP-Koeffizienten, um ein LP-Restsignal zu erhalten; (a-4) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten; und (a-5) Setzen der zweiten LP-Koeffizienten und der dritten LP-Koeffizienten in dem zweiten beziehungsweise dritten LP-Synthesefilter (29a, 29b) des reihengeschalteten Synthesefilters (29); wobei die in Schritt (f) ausgegebenen Codes einen die ersten LP-Koeffizienten darstellenden LP-Koeffizientencode enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt (a) die Schritte umfasst: (a-1) Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem jeweiligen Rahmen des akustischen Eingangssignals, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (14); (a-2) Durchführen einer LPC-Analyse p'-ter Ordnung an einem früheren synthetisierten akustischen Signal, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignals entspricht, die dem jeweiligen Rahmen vorangehen, um zweite LP-Koeffizienten zu erhalten; (a-3) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an einem den früheren Rahmen entsprechenden früheren Erregungssignal, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten; und (a-4) Setzen der zweiten LP-Koeffizienten und der dritten LP-Koeffizienten in dem zweiten beziehungsweise dritten LP-Synthesefilter (29a, 29b) des reihengeschalteten Synthesefilters (29); wobei die ausgegebenen Codes in Schritt (f) einen die ersten LP-Koeffizienten darstellenden LP-Koeffizientencode enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem p = p'; das erste und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (14) p-ter Ordnung als erstes und zweites LP-Synthesefilter implementiert sind; und Schritt (a) die Schritte umfasst: (a-1) Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an dem akustischen Eingangssignal, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten; (a-2) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem akustischen Eingangssignal basierend auf den ersten LP-Koeffizienten, um ein LP-Restsignal zu erhalten; (a-3) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten; und (a-4) Setzen der ersten LP-Koeffizienten und der dritten LP-Koeffizienten in dem LP-Synthesefilter (14) p-ter Ordnung beziehungsweise dem dritten LP-Synthesefilter (29b); wobei die ausgegebenen Codes in Schritt (f) LP-Koeffizientencodes enthalten, die die ersten LP-Koeffizienten und die dritten LP-Koeffizienten darstellen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem p = p'; das erste und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (14) p-ter Ordnung selektiv als erstes und als zweites LP-Synthesefilter implementiert sind; und Schritt (a) die Schritte umfasst: (a-1) Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem jeweiligen Rahmen des akustischen Eingangssignals, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten; (a-2) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an einem früheren Erregungssignal, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignal entspricht, die dem jeweiligen Rahmen vorangehen, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten; und (a-3) Setzen der ersten LP-Koeffizienten und der dritten LP-Koeffizienten in dem LP-Synthesefilter (14) p-ter Ordnung beziehungsweise dem dritten Synthesefilter (29b); wobei die ausgegebenen Codes in Schritt (f) einen die ersten LP-Koeffizienten repräsentierenden LP-Koeffizientencode enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem p = p'; das erste und das zweite Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind; und Schritt (a) die Schritte umfasst: (a-1) Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem früheren synthetisierten akustischen Signal, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignals entspricht, die dem gegenwärtigen Rahmen vorangehen, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten; (a-2) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal basierend auf den ersten LP-Koeffizienten, um ein LP-Restsignal zu erhalten; (a-3) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten; und (a-4) Setzen der ersten LP-Koeffizienten und der dritten LP-Koeffizienten in dem LP-Synthesefilter (29a) p-ter Ordnung beziehungsweise dem dritten LP-Synthesefilter (29b).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem p = p'; das erste und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind; und Schritt (a) die Schritte umfasst: (a-1) Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem früheren synthetisierten akustischen Signal, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignals, die dem gegenwärtigen Rahmen vorangehen, entspricht, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten; (a-2) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an einem früheren Erregungssignal, das den früheren Rahmen entspricht, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten; und (a-3) Setzen der ersten LP-Koeffizienten und der dritten LP-Koeffizienten in dem LP-Synthesefilter (29a) p-ter Ordnung beziehungsweise dem dritten LP-Synthesefilter (29b).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem Schritt (b) die Schritte umfasst: (b-1) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem akustischen Eingangssignal basierend auf den ersten LP-Koeffizienten, um das erste Restsignal zu erhalten; und (b-2) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem akustischen Eingangssignal durch Verwendung der Filterkoeffizienten des reihengeschalteten Synthesefilters (29), um das zweite Restsignal zu erhalten; wobei Schritt (c) das Vergleichen der Leistung des ersten Restsignals mit der Leistung des zweiten Restsignals und, wenn die Leistung des ersten Restsignals kleiner als die Leistung des zweiten Restsignals ist, das Auswählen des ersten LP-Synthesefilters (14) und anderenfalls das Auswählen des reihengeschalteten Synthesefilters (29) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem Schritt (b) die Schritte umfasst: (b-1) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem akustischen Eingangssignal basierend auf den ersten LP-Koeffizienten, um das erste Restsignal zu erhalten, wenn das erste LP-Synthesefilter (14, 29a) ausgewählt ist; und (b-2) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem ersten Restsignal basierend auf den dritten LP-Koeffizienten, um das zweite Restsignal zu erhalten, wenn das reihengeschaltete Synthesefilter (29) ausgewählt ist; wobei Schritt (c) das Vergleichen der Leistung des ersten Restsignals mit der Leistung des zweiten Restsignals und, wenn die Leistung des ersten Restsignals kleiner als die Leistung des zweiten Restsignals ist, das Auswählen des ersten LP-Synthesefilters (14) und anderenfalls das Auswählen des reihengeschalteten Synthesefilters (29) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem Schritt (e) das Durchführen von Wahrnehmungsgewichtung an dem Fehler und das Festlegen der Codebuchindizes und des Verstärkungsindex derart, dass der wahrnehmungsgewichtete Fehler minimiert ist, umfasst, und Schritt (b) die Schritte umfasst: (b-1) Durchführen von Wahrnehmungsgewichtung an dem akustischen Eingangssignal und Durchführung von Wahrnehmungsgewichtung invers zu der auf das akustische Eingangssignal angewandten an dem wahrnehmungsgewichteten akustischen Eingangssignal, um ein geschätztes synthetisiertes akustisches Signal als das dem akustischen Eingangssignal entsprechende Signal zu erhalten; (b-2) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem geschätzten synthetisierten akustischen Signal basierend auf den ersten LP-Koeffizienten, um das erste Restsignal zu erhalten; und (b-3) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem geschätzten synthetisierten akustischen Signal basierend auf den Filterkoeffizienten des reihengeschalteten Synthesefilters (29), um das zweite Restsignal zu erhalten; wobei Schritt (c) ein Schritt des Vergleichens der Leistung des ersten Restsignals mit der Leistung des zweiten Restsignals und, wenn die Leistung des ersten Restsignals kleiner als die Leistung des zweiten Restsignals ist, des Auswählens des ersten LP-Synthesefilters (14) und anderenfalls des Auswählens des reihengeschalteten Synthesefilters (29) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem Schritt (e) das Durchführen von Wahrnehmungsgewichtung an dem Fehler und das Festlegen des Codebuchindex und des Verstärkungsindex derart, dass der wahrnehmungsgewichtete Fehler minimiert ist, umfasst, und Schritt (b) die Schritte umfasst: (b-1) Anwenden von Wahrnehmungsgewichtung invers zu der auf den Fehler angewandten auf eine Null-Eingabe, um einen Fehler zu schätzen; (b-2) Subtrahieren des in Schritt (b-1) geschätzten Fehlers von dem akustischen Eingangssignal, um ein geschätztes synthetisiertes akustisches Signal als das dem akustischen Eingangssignal entsprechende Signal zu erhalten; (b-3) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem geschätzten synthetisierten akustischen Signal basierend auf den ersten LP-Koeffizienten, um das erste Restsignal zu erhalten; und (b-4) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem geschätzten synthetisierten akustischen Signal basierend auf den Filterkoeffizienten des reihengeschalteten Synthesefilters (29), um das zweite Restsignal zu erhalten, wobei Schritt (c) das Vergleichen der Leistung des ersten Restsignals mit der Leistung des zweiten Restsignals und, wenn die Leistung des ersten Restsignals kleiner als die Leistung des zweiten Restsignals ist, das Wählen des ersten LP-Synthesefilters (14) und anderenfalls das Wählen des reihengeschalteten Synthesefilters (29) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem Schritt (c) das Vergleichen einer adaptiv gewichteten Leistung des ersten Restsignals mit einer adaptiv gewichteten Leistung des zweiten Restsignals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Codebuchmittel (15, 21) ein unter Verwendung des Synthesefilters p-ter Ordnung vorbereitetes erstes Codebuchmittel (15, 21) und ein unter Verwendung des dritten Synthesefilters (29b) vorbereitetes zweites Codebuchmittel (15, 21) umfasst, wobei das Codebuchmittel (15, 21) zwischen dem ersten und dem zweiten Codebuchmittel (15, 21) umgeschaltet wird, um nach dem Erregungsvektor zu suchen, je nachdem, ob Schritt (c) das erste LP-Synthesefilter (14) oder das reihengeschaltete Synthesefilter (29) wählt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem n ≥ 2p.
Codiervorrichtung zum Codieren eines akustischen Eingangssignals durch Erzeugen eines synthetisierten akustischen Signals durch Verwendung eines Codebuchmittels (15, 21), das Erregungsvektoren in Entsprechung zu jeweiligen Indizes enthält, und durch Absuchen des Codebuchmittels (15, 21) nach Erregungsvektoren, die den Fehler zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem synthetisierten akustischen Signal minimieren, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Synthesefiltermittel (200), das ein erstes LP-Synthesefilter (14) p-ter Ordnung und ein reihengeschaltetes Synthesefilter (29), gebildet durch eine Reihenschaltung eines zweiten LP-Synthesefilters (29a) p'-ter Ordnung und eines dritten LP-Synthesefilters (29b) n-ter Ordnung, umfasst, wobei ein jeweils unter dem ersten LP-Synthesefilter (14) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (29) ausgewähltes Filter durch ein Erregungssignal angesteuert ist, um ein synthetisiertes akustisches Signal zu erzeugen, wobei p' gleich oder nahezu gleich p ist und n höher als p ist; ein Koeffizientenbestimmungsmittel (300) zum Bestimmen, basierend auf dem akustischen Eingangssignal, von LP-Koeffizienten für das erste LP-Synthesefilter (14) und von LP-Koeffizienten für das reihengeschaltete Synthesefilter (29), und zum Setzen der Koeffizienten in dem ersten LP- Synthesefilter (14) beziehungsweise dem reihengeschalteten Synthesefilter (29); ein Modusentscheidungsmittel (41) mit: einem ersten inversen Filter (41A) mit einer Übertragungsfunktion invers zu derjenigen des ersten LP-Synthesefilters (14) zum Durchführen von inverser Filterung an einem dem akustischen Eingangssignal entsprechenden Signal zum Erzeugen eines ersten Restsignals als ein erstes geschätztes Erregungssignal zum Ansteuern des ersten LP-Synthesefilters (14); einem zweiten inversen Filter (41b) mit einer Übertragungsfunktion invers zu derjenigen des reihengeschalteten Synthesefilters (29) zum Durchführen von inverser Filterung an dem dem akustischen Eingangssignal entsprechenden Signal, um ein zweites Restsignal als ein zweites geschätztes Erregungssignal zum Ansteuern des reihengeschalteten Synthesefilters (29) zu erzeugen; und einem Vergleichs-/Entscheidungsmittel (41C) zum Entscheiden, basierend auf dem ersten und zweiten Restsignal, welches unter dem ersten LP-Synthesefilter (14) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (29) eine höhere Audio-Codierqualität für das akustische Eingangssignal liefert, wobei das Modusentscheidungsmittel (41) als ein Synthesefilter für die Audio-Codierung dasjenige unter dem ersten LP-Synthesefilter (14) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (29) auswählt, von dem entschieden wurde, dass es eine höhere Audio-Codierqualität bietet; ein Verstärkungsanwendungsmittel (17, 22, 23) zum Anwenden einer Verstärkung auf einen aus dem Codebuchmittel (15, 21) ausgewählten Erregungsvektor und zum Anlegen des Erregungsvektors mit darauf angewandter Verstärkung als das Erregungssignal an das ausgewählte unter dem ersten LP-Synthesefilter (14) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (29); ein Subtrahiermittel (19) zum Berechnen des Fehlers zwischen dem akustischen Eingangssignal und dem jeweiligen von dem Synthesefiltermittel (200) für jeden Erregungsvektor erzeugten synthetisierten akustischen Signal; und ein Steuermittel (16) zum Festlegen des Erregungsvektors und der Verstärkung, die diesen Fehler minimieren, und zum Ausgeben von Codes, die wenigstens den den festgelegten Erregungsvektoren entsprechenden Index umfassen, als Codebuchindizes, eines die festgelegte Verstärkung repräsentierenden Verstärkungsindex und eines Modusindex, der repräsentiert, welches unter dem ersten LP-Synthesefilter (14) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (29) von dem Modusentscheidungsmittel (41) ausgewählt worden ist.
Codiervorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Koeffizientenfestlegungsmittel umfasst: ein erstes LPC-Analysemittel (12, 13) zum Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem jeweiligen Rahmen des akustischen Eingangssignals, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (14); einen Signalpuffer (25) zum jeweiligen Speichern eines früheren synthetisierten akustischen Signals, das Rahmen des akustischen Eingangssignals entspricht, die dem besagten jeweiligen Rahmen vorangehen; ein zweites LPC-Analysemittel (26) zum Durchführen einer LPC-Analyse p'-ter Ordnung an dem in dem Signalpuffer (25) gespeicherten früheren synthetisierten akustischen Signal, um zweite LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem zweiten LP-Synthesefilter (29a); ein inverses LP-Filter (27), in dem Filterkoeffizienten basierend auf den zweiten LP-Koeffizienten zum Durchführen von inverser LP-Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal gesetzt sind, zum Erhalten eines LP-Restsignals; und ein drittes LPC-Analysemittel (28) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (29b); wobei die von dem Steuermittel ausgegebenen Codes einen LP-Koeffizientencode enthalten, der die ersten LP-Koeffizienten repräsentiert.
Codiervorrichtung nach Anspruch 15, bei der das Koeffizientenfestlegungsmittel umfasst: ein erstes LPC-Analysemittel (12, 13) zum Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem jeweiligen Rahmen des akustischen Eingangssignals, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (14); einen ersten Signalpuffer (25) zum jeweiligen Speichern eines früheren synthetisierten akustischen Signals, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignals entspricht, die dem besagten jeweiligen Rahmen vorangehen; ein zweites LPC-Analysemittel (26) zum Durchführen einer LPC-Analyse p'-ter Ordnung an dem in dem ersten Signalpuffer gespeicherten früheren synthetisierten akustischen Signal, um zweite LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem zweiten LP-Synthesefilter (29a); einen zweiten Signalpuffer (42) zum jeweiligen Speichern eines früheren Erregungssignals entsprechend den früheren Rahmen; und ein drittes LPC-Analysemittel (43) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem früheren Erregungssignal in dem zweiten Signalpuffer (42), um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (29b); wobei die von dem Steuermittel (16) ausgegebenen Codes einen die ersten LP-Koeffizienten repräsentierenden LP-Koeffizientencode enthalten.
Codiervorrichtung nach Anspruch 15, bei der p = p' und das erste und das zweite LP-Synthesefilter (14, 29a) durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilter (14) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, wobei: das Synthesefiltermittel (200) ein Schaltmittel (SW) zum Verbinden des Eingangs des dritten LP-Synthesefilters (29b) mit dem Eingang des LP-Synthesefilters (14) p-ter Ordnung zur Umgehung des dritten LP-Synthesefilters (29b), um so das LP-Synthesefilter (14) p-ter Ordnung als das erste LP-Synthesefilter zu wählen, oder zum Verbinden des Ausgangs des dritten LP-Synthesefilters (29b) mit dem Eingang des LP-Synthesefilters (14) p-ter Ordnung, um so das reihengeschaltete Synthesefilter (29) zu wählen, umfasst; und das Koeffizientenfestlegungsmittel (300) umfasst: ein erstes LPC-Analysemittel (12, 13) zum Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an dem akustischen Eingangssignal, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter p-ter Ordnung; ein inverses LP-Filter (27), in dem Filterkoeffizienten basierend auf den ersten LP-Koeffizienten gesetzt sind, um eine inverse LP-Filterung an dem akustischen Eingangssignal vorzunehmen, um ein LP-Restsignal zu erhalten; und ein zweites LPC-Analysemittel (28, 45) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (29b); wobei die Ausgabecodes des Steuermittels (16) LP-Koeffizientencodes enthalten, die die ersten LP-Koeffizienten und die dritten LP-Koeffizienten repräsentieren.
Codiervorrichtung nach Anspruch 15, bei der p = p' und das erste und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, wobei: das Synthesefiltermittel (200) Schaltmittel (SW) zum Verbinden des Eingangs des dritten LP-Synthesefilters (29b) mit dem Eingang des LP-Synthesefilters (14) p-ter Ordnung, um damit das dritte LP-Synthesefilter (29) zu umgehen und dadurch das LP-Synthesefilter (14) p-ter Ordnung als das erste LP-Synthesefilter zu wählen, oder zum Verbinden des Ausgangs des dritten LP-Synthesefilters (29b) mit dem Eingang des LP-Synthesefilters (14) p-ter Ordnung, um dadurch das reihengeschaltete Synthesefilter (29) zu wählen, umfasst; und das Koeffizientenfestlegungsmittel (300) umfasst: ein erstes LP-Analysemittel (12, 13) zum Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem jeweiligen Rahmen des akustischen Eingangssignals, um erste LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (14) p-ter Ordnung; und ein zweites LPC-Analysemittel (43) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an einem früheren Erregungssignal des Synthesefilters p-ter Ordnung, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignals entspricht, die dem jeweiligen Rahmen vorangehen, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (29b); wobei die Ausgabecodes des Steuermittels (16) einen LP-Koeffizientencode enthalten, der die ersten LP-Koeffizienten repräsentiert.
Codiervorrichtung nach Anspruch 15 bei der p = p' und das erste und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, wobei: das Synthesefiltermittel (200) ein Schaltmittel (SW) zum Verbinden des Eingangs des dritten LP-Synthesefilters (29b) mit dem Eingang des Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung, um damit das dritte LP-Synthesefilter (29) zu umgehen und dadurch das LP-Synthesefilter (29a) p-ter Ordnung als das erste LP-Synthesefilter zu wählen, oder zum Verbinden des Ausgangs des dritten LP-Synthesefilters (29b) mit dem Eingang des LP-Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung, um dadurch das reihengeschaltete Synthesefilter (29) zu wählen, umfasst; und wobei das Koeffizientenfestlegungsmittel (300) umfasst: ein erstes LPC-Analysemittel (26) zum Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem früheren synthetisierten akustischen Signal des LP-Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignals, die dem gegenwärtigen Rahmen vorangehen, entspricht, um erste Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (29a) p-ter Ordnung; ein inverses LP-Filter (27), in dem die ersten LP-Koeffizienten gesetzt sind, zum Durchführen einer inversen Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um ein LP- Restsignal zu erhalten; und ein zweites LPC-Analysemittel (28) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (29b).
Codiervorrichtung nach Anspruch 15, bei der p = p' und das erste und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, wobei: das Synthesefiltermittel (200) ein Schaltmittel (SW) zum Verbinden des Eingangs des dritten LP-Synthesefilters (29b) mit dem Eingang des Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung, um damit das dritte LP-Synthesefilter (29) zu umgehen und dadurch das LP-Synthesefilter (29a) p-ter Ordnung als das erste LP-Synthesefilter zu wählen, oder zum Verbinden des Ausgangs des dritten LP-Synthesefilters (29b) mit dem Eingang des LP-Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung, um dadurch das reihengeschaltete Synthesefilter (29) zu wählen, umfasst; und wobei das Koeffizientenfestlegungsmittel (300) umfasst: ein erstes LPC-Analysemittel (26) zum Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an einem früheren synthetisierten akustischen Signal des LP-Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung, das früheren Rahmen des akustischen Eingangssignals, die dem gegenwärtigen Rahmen vorangehen, entspricht, um erste Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (29a) p-ter Ordnung; und ein zweites LPC-Analysemittel (43) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an einem früheren Erregungssignal des LP-Synthesefilters (29a) p-ter Ordnung, das früheren Rahmen entspricht, um dritte LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (29).
Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem: in dem ersten inversen Filter (41A) die ersten LP-Koeffizienten gesetzt sind und das erste inverse Filter inverse LP-Filterung an dem akustischen Eingangssignal durchführt, um das erste Restsignal zu erzeugen; in dem zweiten inversen Filter (41B) die Filterkoeffizienten des reihengeschalteten Synthesefilters (29) gesetzt sind und das zweite inverse Filter inverse LP-Filterung an dem akustischen Eingangssignal durchführt, um das zweite Restsignal zu erzeugen; und das Vergleichs-/Entscheidungsmittel (41C) die Leistung des ersten LP-Restsignals mit der Leistung des zweiten Restsignals vergleicht und das Schaltmittel (SW) steuert, um das erste LP-Synthesefilter (14) auszuwählen, wenn die Leistung des ersten Restsignals kleiner als die Leistung des zweiten Restsignals ist, und das reihengeschaltete Synthesefilter (29) auszuwählen, wenn die Leistung des zweiten Restsignals kleiner als die Leistung des ersten Restsignals ist.
Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem: in dem ersten inversen Filter (41A) die ersten LP-Koeffizienten gesetzt sind und das erste inverse Filter inverse LP-Filterung an dem akustischen Eingangssignal durchführt, um das erste Restsignal zu erzeugen, wenn das erste LP-Synthesefilter (14, 29a) ausgewählt ist; in dem zweiten inversen Filter (41B) die dritten LP-Koeffizienten gesetzt sind und das zweite inverse Filter inverse LP-Filterung an dem ersten Restsignal durchführt, um das zweite Restsignal zu erzeugen, wenn das reihengeschaltete Synthesefilter (29) ausgewählt ist; und das Vergleichs-/Entscheidungsmittel (41C) die Leistung des ersten Restsignals mit der Leistung des zweiten Restsignals vergleicht und das Schaltmittel (SW) steuert, um das erste LP-Synthesefilter (14, 29a) auszuwählen, wenn die Leistung des ersten geschätzten Erregungssignals kleiner als die Leistung des zweiten geschätzten Erregungssignals ist und das reihengeschaltete Synthesefilter (29) auszuwählen, wenn die Leistung des zweiten geschätzten Signals kleiner als die Leistung des ersten geschätzten Signals ist.
Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, ferner mit einem ersten Gewichtungsfilter (20) zum Wahrnehmungsgewichten des Fehlers, um einen wahrnehmungsgewichteten Fehler zu erzeugen, wobei: das Modusentscheidungsmittel (41) ein zweites Wahrnehmungsgewichtungsfilter (41D) zum Wahrnehmungsgewichten des akustischen Eingangssignals, um ein geschätztes wahrnehmungsgewichtetes synthetisiertes akustisches Signal zu erzeugen, und ein inverses Wahrnehmungsgewichtungsfilter (41E) zum Vornehmen einer Gewichtung invers zu derjenigen des zweiten Wahrnehmungsgewichtungsfilters (41D) an dem geschätzten wahrnehmungsgewichtetes synthetisierten akustischen Signal, um das geschätzte synthetisierte akustische Signal zu erzeugen, enthält; in dem ersten inversen Filter (41A) erste LP-Koeffizienten gesetzt sind und das erste inverse Filter inverse LP-Filterung des geschätzten synthetisierten akustischen Signals durchführt, um das erste Restsignal zu erzeugen; in dem zweiten inversen Filter (41B) die Koeffizienten des reihengeschalteten Synthesefilters gesetzt sind und das zweite inverse Filter inverse LP-Filterung an dem geschätzten synthetisierten akustischen Signal durchführt, um das zweite Restsignal zu erzeugen; und das Vergleichs-/Entscheidungsmittel (41C) die Leistung des ersten Restsignals mit der Leistung des zweiten Restsignals vergleicht und das Schaltmittel (SW) steuert, um das erste LP-Synthesefilter (14, 29a) zu wählen, wenn die Leistung des ersten Restsignals kleiner als die Leistung des zweiten Restsignals ist, und das reihengeschaltete Synthesefilter (29) zu wählen, wenn die Leistung des zweiten Restsignals kleiner als die Leistung des ersten Restsignals ist.
Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, ferner mit: einem Wahrnehmungsgewichtungsfilter (20) zum Wahrnehmungsgewichten des Fehlers, um einen wahrnehmungsgewichteten Fehler zu erzeugen, wobei: das Modusentscheidungsmittel (41) ein inverses Wahrnehmungsgewichtungsfilter (41E) zum Vornehmen einer Gewichtung invers zu derjenigen des Wahrnehmungsgewichtungsfilters an einer Null-Eingabe zum Schätzen eines Fehlers und ein Subtrahiermittel (41H) zum Subtrahieren des geschätzten Fehlers von dem akustischen Eingangssignal zum Erzeugen eines geschätzten synthetisierten akustischen Signals als das dem akustischen Eingangssignal entsprechende Signal enthält; in dem ersten inversen Filter (41A) die ersten LP-Koeffizienten gesetzt sind und das erste inverse Filter eine inverse LP-Filterung an dem geschätzten synthetisierten akustischen Signal durchführt, um das erste Restsignal zu erzeugen; in dem zweiten inversen Filter (41B) die Koeffizienten des reihengeschalteten Synthesefilters gesetzt sind und das zweite inverse Filter inverse LP-Filterung an dem geschätzten synthetisierten akustischen Signal durchführt, um das zweite Restsignal zu erzeugen; und das Vergleichs-/Entscheidungsmittel (41C) die Leistung des ersten Restsignals mit der Leistung des zweiten Restsignals vergleicht und das Schaltmittel (SW) steuert, um das erste LP-Synthesefilter (14, 29a) auszuwählen, wenn die Leistung des ersten Restsignals kleiner als die Leistung des zweiten Restsignals ist, und das reihengeschaltete Synthesefilter (29) auszuwählen, wenn die Leistung des zweiten Restsignals kleiner als die Leistung des ersten Restsignals ist.
Codiervorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei der das Codebuchmittel (15, 21) und das Verstärkungsanwendungsmittel (17, 22, 23) jeweils ein erstes Erregungsvektorcodebuch (15A, 21A) und ein erstes Verstärkungscodebuch (17A), die unter Verwendung des Synthesefilters (14, 29a) p-ter Ordnung vorbereitet sind, und ein zweites Erregungsvektorcodebuch (15B, 21B) und ein zweites Verstärkungscodebuch (17B), die unter Verwendung des dritten LP-Synthesefilters (29b) vorbereitet sind, umfasst, wobei das Codebuchmittel (15, 21) zwischen dem ersten und zweiten Erregungsvektorcodebuch und zwischen dem ersten und zweiten Verstärkungscodebuch umgeschaltet wird, um nach dem Erregungsvektor zu suchen, je nachdem, ob das Modusentscheidungsmittel (41) das erste LP-Synthesefilter (14) oder das reihengeschaltete Synthesefilter (29) wählt.
Audio-Decodierverfahren zum Decodieren von Eingangscodes, die wenigstens einen Codebuchindex, einen Verstärkungsindex und einen Moduscode enthalten, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Wählen eines dem Codebuchindex entsprechenden Erregungsvektors aus einem Erregungsvektorcodebuch; (b) Wählen einer dem Verstärkungsindex entsprechenden Verstärkung aus einem Verstärkungscodebuch und Anwenden der Verstärkung auf den Erregungsvektor, um ein Erregungssignal zu erzeugen; (c) Erzeugen von ersten LP-Koeffizienten, zweiten LP-Koeffizienten und dritten LP-Koeffizienten aus wenigstens einem der Eingangscodes und einem früheren synthetisierten akustischen Signal, das aus dem gegenwärtigen Rahmen der Eingangscodes vorangehenden früheren Rahmen synthetisiert ist, und Setzen der LP-Koeffizienten in einem ersten LP-Synthesefilter (33) p-ter Ordnung, einem zweiten LP-Synthesefilter (59a) p'-ter Ordnung beziehungsweise einem dritten LP-Synthesefilter (59b) n-ter Ordnung, wobei das zweite und das dritte LP-Synthesefilter (59a, 59b) in Reihe geschaltet sind, um ein reihengeschaltetes Synthesefilter (59) zu bilden, wobei p gleich oder nahezu gleich p' ist und n höher als p ist; (d) Auswählen entweder des ersten LP-Synthesefilters (33) oder des reihengeschalteten Synthesefilters (59) entsprechend dem Moduscode; und (e) Ansteuern des jeweils ausgewählten unter dem ersten LP-Synthesefilter (33) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (59) mit dem Erregungssignal, um ein synthetisiertes akustisches Signal zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die Eingangscodes einen LP-Koeffizientencode enthalten, der die ersten LP-Koeffizienten repräsentiert und Schritt (c) die Schritte umfasst: (c-1) Decodieren des LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (33); (c-2) Durchführen einer LPC-Analyse an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um die zweiten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem zweiten LP-Synthesefilter (59a); (c-3) Durchführen von inverser Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal durch ein inverses LP-Filter, in dem die zweiten LP-Koeffizienten gesetzt sind, um ein LP-Restsignal zu erhalten; und (c-4) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die eingegebenen Codes einen die ersten LP-Koeffizienten repräsentierenden LP-Koeffizientencode enthalten und Schritt (c) die Schritte umfasst: (c-1) Decodieren des LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (33); (c-2) Durchführen einer LPC-Analyse an dem jeweils in einem ersten Signalpuffer gespeicherten früheren synthetisierten akustischen Signal, um zweite LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem zweiten LP-Synthesefilter (59a); (c-3) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an einem den früheren Rahmen entsprechenden, jeweils in einem zweiten Signalpuffer gespeicherten früheren Erregungssignal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59); und (c-4) Auswählen des Erregungssignals oder des Ausgabesignals aus dem dritten LP-Synthesefilter entsprechend dem Moduscode und Speichern desselben als das frühere Erregungssignal in dem zweiten Signalpuffer.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem die eingegebenen Codes LP-Koeffizientencodes enthalten, die die ersten, zweiten und dritten LP-Koeffizienten repräsentieren, und Schritt (c) die Schritte umfasst: (c-1) Decodieren der IP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (3); und (c-2) Decodieren der LP-Koeffizientencodes zu den zweiten und dritten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem zweiten beziehungsweise dritten LP-Synthesefilter (29a, 29b) des reihengeschalteten Synthesefilters (59).
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (33) pter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, die eingegebenen Codes einen die ersten LP-Koeffizienten repräsentierenden LP-Koeffizientencode enthalten, und Schritt (c) die Schritte umfasst: (c-1) Decodieren des LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (33) p-ter Ordnung; (c-2) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal durch Verwendung der ersten LP-Koeffizienten, um ein LP-Restsignal zu erzeugen; und (c-3) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem dritten IP-Synthesefilter (59b).
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (33; 59a) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, die eingegebenen Codes einen die ersten LP-Koeffizienten repräsentierenden LP-Koeffizientencode enthalten, und Schritt (c) die Schritte umfasst: (c-1) Decodieren des LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (33; 59a) p-ter Ordnung; (c-2) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem Eingangssignal des LP-Synthesefilters p-ter Ordnung, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (59a) pter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, und Schritt (c) die Schritte umfasst: (c-1) Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um die ersten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (59a) p-ter Ordnung; (c-2) Durchführen von inverser LP-Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal durch Verwendung der ersten LP-Koeffizienten, um ein LP-Restsignal zu erzeugen; und (c-3) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (33; 59a) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, und Schritt (c) die Schritte umfasst: (c-1) Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um die ersten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (33, 59a) p-ter Ordnung; und (c-2) Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem in das Synthesefilter p-ter Ordnung eingegebenen Signal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Verfahren nach Anspruch 27, p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (33) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind, die eingegebenen Codes einen die ersten und die zweiten LP-Koeffizienten repräsentierenden LP-Koeffizientencode enthalten, und Schritt (c) die Schritte umfasst: (c-1) Decodieren der LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (33) p-ter Ordnung; und (c-2) Decodieren der LP-Koeffizientencodes zu den dritten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 35, bei dem das Erregungsvektorcodebuch und das Verstärkungscodebuch jeweils ein erstes Erregungsvektorcodebuch (34a, 35a) und ein erstes Verstärkungscodebuch (36a), das unter Verwendung des ersten LP-Synthesefilters (33) vorbereitet ist, und ein zweites Erregungsvektorcodebuch (34b, 35b) und ein zweites Verstärkungscodebuch (36b), das unter Verwendung des reihengeschalteten Synthesefilters (59) vorbereitet ist, umfassen, und das das erste und das zweite Erregungsvektorcodebuch und das erste und das zweite Verstärkungscodebuch selektiv entsprechend dem Moduscode verwendet werden.
Audio-Decodiervorrichtung zum Decodieren von Eingangscodes, die wenigstens einen Codebuchindex, einen Verstärkungsindex und einen Moduscode enthalten, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Erregungsvektorcodebuch (34, 35), das Erregungsvektoren speichert und eingerichtet ist, einen ausgewählten Erregungsvektor auszugeben, der dem Codebuchindex entspricht; ein Verstärkungsanwendungsmittel (36, 52, 53) zum Anwenden einer aus einem Verstärkungscodebuch (36) entsprechend dem Verstärkungsindex ausgewählten Verstärkung auf den ausgewählten Erregungsvektor, um ein Erregungssignal zu erzeugen; ein Synthesefiltermittel, das aus einem ersten LP-Synthesefilter (33) p-ter Ordnung und einem reihengeschalteten Synthesefilter (59), das durch eine Reihenschaltung eines zweiten und eines dritten LP-Synthesefilters (59a, 59b) p-ter beziehungsweise n-ter Ordnung gebildet ist, besteht, wobei das erste LP-Synthesefilter (33) oder das reihengeschaltete Synthesefilter (59) entsprechend dem Moduscode ausgewählt werden und durch das Erregungssignal angesteuert werden, um ein synthetisiertes akustisches Signal zu erzeugen, wobei p gleich oder nahezu gleich p' und n höher als p ist; einem Koeffizientensetzmittel (320) zum Erzeugen von ersten LP-Koeffizienten, zweiten LP-Koeffizienten und dritten LP-Koeffizienten aus den eingegebenen Codes und/oder einern früheren synthetisierten akustischen Signal, das aus dem gegenwärtigen Rahmen der eingegebenen Codes vorangehenden früheren Rahmen synthetisiert ist, und zum Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (33), dem zweiten LP-Synthesefilter (59a) beziehungsweise dem dritten LP-Synthesefilter (59b); und ein Modusumschaltmittel (51, SW3) zum Auswählen eines Filters unter dem ersten LP-Synthesefilter (33) und dem reihengeschalteten Synthesefilter (59) entsprechend dem Moduscode.
Decodiervorrichtung nach Anspruch 37, bei der die eingegebenen Codes einen LP-Koeffizientencode, der die ersten LP-Koeffizienten repräsentiert, enthält, und das Koeffizientensetzmittel umfasst: ein Koeffizientendecodiermittel (32) zum Decodieren des LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (33); ein erstes LPC-Analysemittel (54, 55) zum Durchführen einer LPC-Analyse p'-ter Ordnung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um die zweiten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem zweiten LP-Synthesefilter (59a); ein inverses LP-Filter (46) zum Durchführen von inverser Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal durch Verwendung der zweiten LP-Koeffizienten, um ein LP-Restsignal zu erhalten; und ein zweites LPC-Analysemittel (57) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Decodiervorrichtung nach Anspruch 37, bei der die eingegebenen Codes einen LP-Koeffizientencode enthalten, der die ersten LP-Koeffizienten repräsentiert, und das Koeffizientensetzmittel umfasst: ein Koeffizientendecodiermittel (32) zum Decodieren des LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und zum Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (33); ein erstes LPC-Analysemittel (54, 55) zum Durchführen einer LPC-Analyse p'-ter Ordnung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um die zweiten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem zweiten LP-Synthesefilter (59a); und ein zweites LPC-Analysemittel (57, 58) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem Erregungssignal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Decodiervorrichtung nach Anspruch 37, bei der die eingegebenen Codes LP-Koeffizientencodes enthalten, die die ersten, zweiten und dritten LP-Koeffizienten repräsentieren, und das Koeffizientensetzmittel Koeffizientendecodiermittel (32, 50a, 50b) zum Decodieren der LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten, den zweiten LP-Koeffizienten und den dritten LP-Koeffizienten und zum Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (33), dem zweiten LP-Synthesefilter (59a) beziehungsweise dem dritten LP-Synthesefilter (59b) umfasst.
Decodiervorrichtung nach Anspruch 37, bei der p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (33) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind; die eingegebenen Codes einen LP-Koeffizientencode enthalten, der die ersten LP-Koeffizienten repräsentiert; und das Koeffizientensetzmittel umfasst: ein Koeffizientendecodiermittel (32) zum Decodieren des LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und zum Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (33) p-ter Ordnung; ein inverses Filtermittel (54, 56) zum Durchführen von inverser LP-Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal durch Verwendung der ersten LP-Koeffizienten, um ein LP-Restsignal zu erzeugen; und ein LPC-Analysemittel (57) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Decodiervorrichtung nach Anspruch 37, bei der p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (33, 59a) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind; die eingegebenen Codes einen LP-Koeffizientencode enthalten, der die ersten LP-Koeffizienten repräsentiert; und das Koeffizientensetzmittel umfasst: ein Koeffizientendecodiermittel (32) zum Decodieren des LP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und zum Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (33, 59a) p-ter Ordnung; und ein LPC-Analysemittel (57) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem Eingangssignal des LP-Synthesefilter (33, 59a) p-ter Ordnung, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Decodiervorrichtung nach Anspruch 37, bei der p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (59a) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind; und das Koeffizientensetzmittel umfasst: ein erstes LPC-Analysemittel (54, 55) zum Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um die ersten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (59a) p-ter Ordnung; ein inverses Filtermittel (56) zum Durchführen von inverser LP-Filterung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal durch Verwendung der ersten LP-Koeffizienten, um ein LP-Restsignal zu erzeugen; und ein zweites LPC-Analysemittel (57) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem LP-Restsignal, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Decodiervorrichtung nach Anspruch 37, bei der p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (33, 59a) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind; und das Koeffizientensetzmittel umfasst: ein erstes LPC-Analysemittel (54, 55) zum Durchführen einer LPC-Analyse p-ter Ordnung an dem früheren synthetisierten akustischen Signal, um die ersten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem LP-Synthesefilter (33, 59a) p-ter Ordnung; und ein zweites LPC-Analysemittel (57, 58) zum Durchführen einer LPC-Analyse n-ter Ordnung an dem Eingangssignal des LP-Synthesefilters (33, 59a) p-ter Ordnung, um die dritten LP-Koeffizienten zu erhalten, und zum Setzen von diesen in dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Decodiervorrichtung nach Anspruch 37, bei der p' = p; das erste LP-Synthesefilter und das zweite LP-Synthesefilter durch gemeinsame Verwendung eines einzigen LP-Synthesefilters (33) p-ter Ordnung selektiv als das erste und das zweite LP-Synthesefilter implementiert sind; die eingegebener Codes LP-Koeffizientencodes enthalten, die die ersten und die zweiten LP-Koeffizienten repräsentieren; und das Koeffizientensetzmittel umfasst: Koeffizientendecodiermittel (32, 50b) zum Decodieren der GLP-Koeffizientencodes zu den ersten LP-Koeffizienten und den zweiten LP-Koeffizienten und zum Setzen von diesen in dem ersten LP-Synthesefilter (33, 59a) beziehungsweise dem dritten LP-Synthesefilter (59b).
Decodiervorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 45, bei der das Erregungsvektorcodebuch und das Verstärkungscodebuch jeweils ein erstes Erregungsvektorcodebuch (34a, 35a) und ein erstes Verstärkungscodebuch (36a), die unter Verwendung des ersten LP-Synthesefilters (33, 59a) vorbereitet sind, und ein zweites Erregungsvektorcodebuch (34b, 35b) und ein zweites Verstärkungscodebuch (36b), die unter Verwendung des reihengeschalteten Synthesefilters (59) vorbereitet sind, umfassen, und das das erste und das zweite Erregungsvektorcodebuch und das erste und das zweite Verstärkungscodebuch selektiv entsprechend dem Moduscode verwendbar sind.
Maschinenlesbares Aufzeichnungsmedium, wobei das Medium ein Programm von durch die Maschine ausführbaren Anweisungen zum Implementieren des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und 27 bis 36 trägt.