JP5313967B2 - Bit rate extended speech encoding and decoding apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はCELP(Code Excited Linear Prediction)アルゴリズムを使用する音声コーデックに係り、特に、音質を向上させるために信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)ビット率を拡張する音声符号化及び復号化装置とその方法に関する。 The present invention relates to a speech codec that uses a Code Excited Linear Prediction (CELP) algorithm, and more particularly, speech coding and decoding that extends a signal-to-noise ratio (SNR) bit rate to improve sound quality. The present invention relates to an apparatus and a method thereof.
CELP構造を有する音声コーデックは現在、移動通信システムで最も広く使われるものであって、線形予測符号化(Linear Prediction Coding:LPC)を基本とする。このようなCELP構造を有する音声コーデックはサービスの種類によって要求される伝送率及び帯域幅が異なる。 A speech codec having a CELP structure is currently most widely used in mobile communication systems, and is based on linear prediction coding (LPC). A voice codec having such a CELP structure differs in required transmission rate and bandwidth depending on the type of service.
しかし、一般的な音声コーデックは伝送率及び帯域幅が符号化装置で設定されるので、復号化装置で伝送率及び帯域幅が選択できない。また、ネットワーク上で1つの送信端から幾つかの受信端にパケット情報を伝送するマルチキャスティングが行われる時、送信端の音声コーデックが固定されたビット率を有せば、相異なるビット率を要求する受信端に伝送されるパケット情報の質が低下されうる。 However, since the transmission rate and bandwidth are set by the encoding device in a general audio codec, the transmission rate and bandwidth cannot be selected by the decoding device. Also, when performing multicasting to transmit packet information from one transmitting end to several receiving ends on the network, if the audio codec at the transmitting end has a fixed bit rate, a different bit rate is required. The quality of packet information transmitted to the receiving end can be reduced.
これを改善するために、ビット率拡張音声符号化方式を採択した音声コーデックが提案された。このような音声コーデックは基本コーデックの情報だけでなく復元する信号をさらに正確にする情報が追加されるようにビットストリームを構成する。 In order to improve this, a speech codec adopting the bit rate extended speech coding scheme has been proposed. Such an audio codec configures a bitstream so that not only information on the basic codec but also information that makes the signal to be restored more accurate is added.
既存のビット率拡張音声符号化方式はSNRビット率拡張方法と帯域幅拡張方法とに大別できる。 Existing bit rate extended speech coding schemes can be broadly divided into SNR bit rate extension methods and bandwidth extension methods.
SNRビット率拡張方法による音声符号化は階層的コーディング方式で音声信号を符号化してから復号化する。すなわち、音声信号を基本階層と音質向上階層とに分けて音声信号を符号化する。基本階層は最小限の音質が復元できる情報のみを伝送する。音質向上階層では音質を向上させうる追加情報を伝送する。 In speech coding by the SNR bit rate extension method, a speech signal is encoded by a hierarchical coding method and then decoded. That is, the audio signal is encoded by dividing the audio signal into a basic layer and a sound quality improvement layer. The basic layer transmits only information that can restore the minimum sound quality. In the sound quality improvement layer, additional information that can improve sound quality is transmitted.
しかし、既存に提案されたSNRビット率拡張音声符号化装置は基本階層と音質向上階層とを独立的に符号化するように構成されている。したがって、固定コードブックを探索する時に要求される対象信号(または、ターゲットベクトル)と、インパルス応答との相関度と、エネルギーとを検出するための演算が基本階層及び音質向上階層でそれぞれ行われるので、固定コードブック探索のための媒介変数を求めるために多くの演算量が要求される。 However, the existing proposed SNR bit rate extended speech encoding apparatus is configured to encode the base layer and the sound quality improvement layer independently. Therefore, since the calculation for detecting the correlation between the target signal (or target vector) required when searching the fixed codebook, the impulse response, and the energy is performed in the basic layer and the sound quality improvement layer, respectively. Therefore, a large amount of computation is required to obtain a parametric variable for fixed codebook search.
そして、既存に提案されたSNRビット率拡張音声符号化装置は、前記音質向上階層を追加で運営するために、既存の標準化されたCELP音声符号化器の構造を変更しており、既存の標準化されたCELP音声符号化器と互換されない短所を有している。 In addition, the proposed SNR bit rate extended speech coder has changed the structure of an existing standardized CELP speech coder in order to additionally operate the sound quality enhancement layer. It has the disadvantage that it is not compatible with the CELP speech encoder.
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、基本階層で探索された固定コードブックの寄与度と、音質向上階層の合成された励起信号が除去された対象信号とを利用して、音質向上階層の固定コードブックを探索するSNRビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供するところにある。 Still another technical problem to be solved by the present invention is to use the contribution of the fixed codebook searched in the basic layer and the target signal from which the synthesized excitation signal of the sound quality improvement layer is removed, It is an object of the present invention to provide an SNR bit rate extended speech encoding and decoding apparatus and method for searching a fixed codebook in a sound quality enhancement layer.
基本階層と少なくとも1つの音質向上階層とに分けられて符号化された音声信号をデコードするための音声信号復号化装置において、
前記符号化された音声信号のうち基本階層での符号化情報をデコードするための第1復号化ユニットと、
前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記符号化された音声信号のうち音質向上階層での符号化情報を復元する第2復号化ユニットと、
前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記第1復号化ユニットで復元された信号と前記第2復号化ユニットで復元された信号とを演算する演算ユニットと、
前記第1復号化ユニットから出力される線形予測符号化係数を利用して前記演算ユニットから出力される信号を合成して音声信号を復元する音声信号復元ユニットと、を含み、
前記第1復号化ユニットは、
前記基本階層での符号化情報に含まれている線形予測符号化係数の量子化情報をデコードする線形予測符号化係数の複合化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第1固定コードブック復号化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている適応コードブックインデックスをデコードする適応コードブック復号化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値と適応コードブック利得値とをそれぞれデコードする利得値復号化部と、を含み、
前記第2復号化ユニットは、
前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックのログスケール利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第2固定コードブック復号化部と、を含む音声信号復号化装置を提供する。
In an audio signal decoding apparatus for decoding an audio signal encoded by being divided into a basic layer and at least one sound quality improvement layer,
A first decoding unit for decoding encoded information in a base layer of the encoded audio signal;
A second decoding unit for restoring encoded information in a sound quality enhancement layer of the encoded audio signal according to an operating environment of the audio signal decoding device;
An arithmetic unit for calculating a signal restored by the first decoding unit and a signal restored by the second decoding unit according to an operating environment of the audio signal decoding device;
An audio signal restoration unit that synthesizes a signal output from the arithmetic unit using a linear predictive coding coefficient output from the first decoding unit and restores an audio signal;
The first decoding unit is
A linear predictive coding coefficient composite unit for decoding quantization information of the linear predictive coding coefficient included in the coding information in the base layer;
A first fixed codebook decoding unit for decoding a fixed codebook index included in the encoding information in the base layer;
An adaptive codebook decoding unit for decoding an adaptive codebook index included in the encoding information in the base layer;
A gain value decoding unit that respectively decodes a fixed codebook gain value and an adaptive codebook gain value included in the encoding information in the base layer,
The second decoding unit is
A gain value difference decoding unit for decoding quantization information of a difference between log scale gain values of a fixed codebook included in the encoding information in the sound quality enhancement layer;
A speech signal decoding apparatus including: a second fixed codebook decoding unit that decodes a fixed codebook index included in encoding information in the sound quality enhancement layer.
ここで、前記演算ユニットは、
前記第2固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた音質向上階層の固定コードブックと前記第1固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の固定コードブックとを加算する第1加算器と、
前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記第1加算器から出力される信号または前記第1固定コードブック復号化部から出力される前記デコードされた基本階層の固定コードブックを選択的に伝送する選択スイッチと、
前記選択スイッチから出力される信号と適応コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の適応コードブックとを加算する第2加算器と、を含む。
Here, the arithmetic unit is
The decoded fixed codebook of the sound quality enhancement layer output from the second fixed codebook decoding unit and the decoded basic layer fixed codebook output from the first fixed codebook decoding unit are added. A first adder;
The signal output from the first adder or the decoded base layer fixed codebook output from the first fixed codebook decoding unit is selectively transmitted according to operating conditions of the audio signal decoding apparatus. A selection switch;
A second adder for adding the signal output from the selection switch and the decoded base layer adaptive codebook output from the adaptive codebook decoding unit;
ここで、前記音声信号復元ユニットは、
前記線形予測符号化係数を利用して前記第2加算器から出力される信号を合成する合成フィルタと、
前記線形予測係数と前記合成フィルタから出力される信号とを利用して前記復元された音声信号を得るための後処理ユニットと、を含む。
Here, the audio signal restoration unit is
A synthesis filter that synthesizes a signal output from the second adder using the linear predictive coding coefficient;
And a post-processing unit for obtaining the restored speech signal using the linear prediction coefficient and the signal output from the synthesis filter.
ここで、前記第2復号化ユニットは、
前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックログスケール利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする固定コードブック復号化部と、を含む。
Here, the second decoding unit is
A gain value difference decoding unit for decoding quantization information of a difference between fixed codebook log scale gain values included in encoding information in the speech enhancement layer;
A fixed codebook decoding unit that decodes a fixed codebook index included in the encoding information in the sound quality enhancement layer.
ここで、音声信号の符号化装置において、
線形予測符号化を使用して入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号の励起信号を生成する基本階層と、
前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から前記基本階層の固定コードブックの寄与度を除去して得られた対象信号を利用して固定コードブックを探索する少なくとも1つの音質向上階層と、
前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化し、前記多重化された信号を出力する多重化器と、を含む音声信号の符号化装置。
Here, in the audio signal encoding apparatus,
Filtering the input speech signal using linear predictive coding and generating an excitation signal of the filtered speech signal by fixed codebook search and adaptive codebook search;
At least one sound quality enhancement layer for searching a fixed codebook using a target signal obtained by removing a contribution of the fixed codebook of the basic layer from the fixed codebook search target signal of the basic layer;
A speech signal encoding apparatus, comprising: a multiplexer that multiplexes a signal generated in the base layer and a signal generated in the sound quality enhancement layer and outputs the multiplexed signal.
ここで、前記基本階層の固定コードブック寄与度y2(n)は前記基本階層の固定コードブックの量子化利得値が乗算された固定コードブックcGと合成フィルタのインパルス応答とを利用して下記式(1)のように計算して検出されることを特徴とする。 Here, the fixed codebook contribution y 2 (n) of the base layer is obtained by using the fixed codebook c G multiplied by the quantization gain value of the base layer fixed codebook and the impulse response of the synthesis filter. It is calculated and detected as the following formula (1).
ここで、前記音質向上階層は、前記線形予測符号化係数を利用して音質向上階層で生成された固定コードブック信号を合成した信号を前記基本階層の対象信号からさらに除去することを特徴とする。 Here, the sound quality improvement layer further removes a signal obtained by synthesizing the fixed codebook signal generated in the sound quality improvement layer using the linear predictive coding coefficient from the target signal of the base layer. .
ここで、前記音質向上階層は前記基本階層の固定コードブック探索により得られた第1利得値のログスケール値と、前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた第2利得値のログスケール値間の差を量子化して得られた音質向上階層の量子化された利得値を前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた固定コードブックベクトルに乗算する機能をさらに含む。 Here, the sound quality improvement layer includes a log scale value of the first gain value obtained by the fixed codebook search of the basic layer and a log of the second gain value obtained by the fixed codebook search in the sound quality improvement layer. And a function of multiplying a quantized gain value of the sound quality enhancement layer obtained by quantizing the difference between the scale values by a fixed codebook vector obtained by a fixed codebook search in the sound quality enhancement layer.
ここで、複数の音質向上階層が提供されれば、
前記多重化器は複数の音質向上階層から出力される固定コードブックインデックスと前記固定コードブックのログスケール利得値間の差に関する量子化した情報を多重化することを特徴とする。
Here, if multiple sound quality enhancement layers are provided,
The multiplexer multiplexes quantized information related to a difference between a fixed codebook index output from a plurality of sound quality enhancement layers and a log scale gain value of the fixed codebook.
ここで、前記音質向上階層は、前記対象信号を認知加重フィルタによりフィルタリングした後、前記固定コードブック探索を行うことを特徴とする。 Here, the sound quality improvement layer performs the fixed codebook search after filtering the target signal with a cognitive weighting filter.
また、音声信号の符号化装置において、
入力される音声信号を線形予測符号化フィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングできた音声信号に対応する励起信号を生成する基本階層と、
前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度を除去した信号を音質向上階層の固定コードブック探索対象信号として、固定コードブックを探索する探索部、
前記基本階層の前記固定コードブック探索により生成された第1固定コードブックのログスケール利得値と前記固定コードブック探索部から出力される第2固定コードブックのログスケール利得値間の差を検出し、量子化するログスケール利得差量子化器を含む複数の音質向上階層と、
前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化する多重化器とを含み、
前記音質向上階層は前記音質向上階層で線形予測符号化係数を利用して固定コードブックを合成した信号を前記音質向上階層の固定コードブック探索対象信号からさらに除去することを特徴とする音声信号の符号化装置を提供する。
In an audio signal encoding device,
A base layer for linearly predictive coding filtering an input speech signal and generating an excitation signal corresponding to the filtered speech signal by fixed codebook search and adaptive codebook search;
A search unit for searching for a fixed codebook using a signal obtained by removing the fixed codebook contribution of the basic layer from the fixed codebook search target signal of the basic layer as a fixed codebook search target signal of the sound quality improvement layer;
A difference between a log scale gain value of the first fixed codebook generated by the fixed codebook search of the base layer and a log scale gain value of the second fixed codebook output from the fixed codebook search unit is detected. Multiple sound quality enhancement layers including log scale gain difference quantizers to quantize,
A multiplexer that multiplexes the signal generated in the base layer and the signal generated in the sound quality enhancement layer,
The sound quality improvement layer further removes a signal obtained by synthesizing a fixed codebook using linear predictive coding coefficients in the sound quality improvement layer from a fixed codebook search target signal of the sound quality improvement layer. An encoding device is provided.
また、音声信号符号化方法は、
基本階層から入力された音声信号の線形予測係数を抽出し、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記入力された音声信号に対応する励起信号を生成する段階と、
音質向上階層で前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度を除去した信号を音質向上階層の固定コードブック探索対象信号として、固定コードブックを探索する段階と、
前記基本階層処理段階と前記音質向上階層処理段階と、により生成される信号を多重化する段階と、を含む音声信号符号化方法を提供する。
Also, the audio signal encoding method is
Extracting a linear prediction coefficient of a speech signal input from a basic layer and generating an excitation signal corresponding to the input speech signal by a fixed codebook search and an adaptive codebook search;
Searching for a fixed codebook using a signal obtained by removing the fixed codebook contribution of the basic layer from the fixed codebook search target signal of the basic layer in the sound quality improving layer as a fixed codebook search target signal of the sound quality improving layer; and
There is provided a speech signal encoding method including a step of multiplexing signals generated by the basic layer processing step and the sound quality improvement layer processing step.
ここで、前記音質向上階層の固定コードブック探索対象信号は、前記音質向上階層で線形予測符号化係数を利用して固定コードブックを合成した信号を前記基本階層の固定コードブック探索のための対象信号からさらに除去して得ることを特徴とする。 Here, the fixed codebook search target signal of the sound quality improvement layer is a target for searching the fixed codebook of the basic layer using a signal obtained by synthesizing a fixed codebook using a linear predictive coding coefficient in the sound quality improvement layer. It is obtained by further removing from the signal.
ここで、前記音質向上階層は、前記基本階層で前記固定コードブック探索により得られた固定コードブックのロードスケール利得値と前記音質向上階層の固定コードブック探索により得られた利得値のログスケール利得値間の差値を量子化する段階をさらに含むことを特徴とする。 Here, the sound quality improvement layer includes a load scale gain value of the fixed codebook obtained by the fixed codebook search in the basic layer and a log scale gain of the gain value obtained by the fixed codebook search of the sound quality improvement layer. The method further includes the step of quantizing the difference value between the values.
基本階層で探索された固定コードブックの寄与度と、音質向上階層の合成された励起信号が除去された対象信号とを利用して、音質向上階層の固定コードブックを探索するSNRビット率拡張音声符号化及び復号化装置とその方法を提供することができる。 SNR bit rate extended speech for searching for a fixed codebook in the sound quality improvement layer using the contribution of the fixed codebook searched in the basic layer and the target signal from which the excitation signal synthesized in the sound quality improvement layer is removed An encoding and decoding apparatus and method thereof can be provided.
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings. The same reference numerals provided in each drawing denote the same members.
図1は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声符号化装置の機能ブロック図である。図1を参照すれば、前記ビット率拡張音声符号化装置は、基本階層100と音質向上階層130とを含む多層固定コードブック構造を有する。
FIG. 1 is a functional block diagram of a bit rate extended speech encoding apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the bit rate extended speech encoding apparatus has a multi-layer fixed codebook structure including a
基本階層100では、最小限の音質が復元できる符号化情報が生成される。基本階層100は既存の標準化されたCELP音声符号化器の構成と類似している。したがって、基本階層100は、入力音声信号を線形予測符号化によりフィルタリングして入力音声信号に対応する励起信号を生成する。
In the
基本階層100は前処理ユニット102、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器104、合成フィルタ106、減算器108、認知加重フィルタ110、ピッチ分析部112、ピッチ寄与度の除去部115、固定コードブック探索部117、固定コードブック119、第1乗算器121、加算器123、適応コードブック124、第2乗算器126、利得値量子化器129で構成される。
The
前処理ユニット102は、ライン101を通じ入力される音声信号からDC成分を除去する。すなわち、前処理ユニット102は、ハイパスフィルタを使用して入力音声信号をフィルタリングして入力音声信号の低周波帯域のノイズ成分を除去する。使われたハイパスフィルタHh1(n)は数式(2)のような伝達関数を有する。
The
前処理ユニット102から出力される信号は、ライン103を通じてLPC係数の抽出及びベクトル量子化器104に伝送される。
The signal output from the
LPC係数の抽出及びベクトル量子化器104は、前記前処理ユニット102から出力される信号のLPC係数を抽出する。抽出されたLPC係数は、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器104によりベクトル量子化される。LPC係数のベクトル量子化情報はライン105を通じて合成フィルタ106と多重化器140とに伝送される。
The LPC coefficient extraction and
合成フィルタ106は、前記LPC係数のベクトル量子化情報を利用して、ライン128を通じて入力される励起信号に対応する合成された信号を出力する。前記合成された信号はライン107を通じて減算器108に出力される。
The
減算器108は、ライン103を通じて入力される前処理ユニット102から出力される信号からライン107を通じて入力される合成された信号を減算して差信号を生成する。前記差信号はライン109を通じて認知加重フィルタ110に伝送される。
The
認知加重フィルタ110は、人体聴覚構造のマスキング効果を利用するために、量子化雑音をマスキング臨界値以下に保持する。したがって、認知加重フィルタ110は前記差信号の量子化雑音が最小化されるように加重値を含む信号をピッチ分析部112に出力する。
The
ピッチ分析部112は認知加重フィルタ110から出力される信号に対して開回路ピッチと閉回路ピッチとを探索する。すなわち、ピッチ分析部112は認知加重フィルタ110から出力される信号を複数のサブフレームに分け、前記各サブフレームのピッチを分析して適応コードブックのインデックスと利得値とを出力する。前記適応コードブックのインデックスはライン113を通じてピッチ寄与度の除去部115と適応コードブック124とに伝送されながらライン114を通じて多重化器140に伝送される。また、前記適応コードブックの利得値は利得値量子化器129に提供される。
The
ピッチ寄与度の除去部115は、前記適応コードブック124のインデックスに基づいて、認知加重フィルタ110の出力信号から固定コードブック探索のために必要な対象信号(または、ターゲットベクトル)を検出する。そして、ピッチ寄与度の除去部115は、ライン111でピッチ寄与度y1(n)を減算して固定コードブック探索対象信号を、ライン116を通じて基本階層100の固定コードブック探索部117と音質向上階層130の固定コードブック探索部131とに出力する。ピッチ寄与度y1(n)は数式(3)によって求められる。
The pitch
数式(3)でACG(n)は適応コードブック利得値が乗算された値である。 In Equation (3), AC G (n) is a value obtained by multiplying the adaptive codebook gain value.
固定コードブック探索部117は、ライン111を通じて入力された対象信号x’(n)を使用して対象信号とインパルス応答h(n)との相関度d(n)を求める。
The fixed
例えば、副フレームのサイズが40サンプルであり、各階層のパルス数が4つと仮定すれば、前記相関度d(n)は数式(4)のように定義されうる。 For example, assuming that the size of the subframe is 40 samples and the number of pulses in each layer is four, the correlation d (n) can be defined as Equation (4).
数式(4)で、h(i−n)はインパルス応答であり、x’(n)は対象信号である。 In Expression (4), h (i−n) is an impulse response, and x ′ (n) is a target signal.
前記インパルス応答h(n)と相関度d(n)とは、ライン118’を通じて音質向上階層130の固定コードブック探索部131に提供される。
The impulse response h (n) and the correlation d (n) are provided to the fixed
前記固定コードブック探索部117は、前記インパルス応答h(n)と前記相関度d(n)とに基づいて、表1に示されたように、代数コードブック構造を有する固定されたコードブックを探索する。
Based on the impulse response h (n) and the correlation d (n), the fixed
表1を参考すれば、固定コードブック探索部117で固定コードブックベクトルは4個の位置でのみそのパルスのサイズが0でない。したがって、前記パルスの符号sと相関度d(n)とを利用して相関度Cは数式(5)のように定義されうる。固定コードブック探索部117は、数式(5)により相関度Cを検出する。
Referring to Table 1, the fixed
数式(5)で、miはi番目パルスの位置を表し、siはi番目パルスの符号を表す。 In Equation (5), m i denotes the position of i-th pulse, s i represents the sign of the i-th pulse.
固定コードブック検出部117は、合成フィルタ106のインパルス応答h(n)のエネルギーEを数式(6)により検出する。
The fixed
数式(6)で、Φ(mi、mj)はi番目パルスの位置及びj番目パルスの位置に対するインパルス応答信号h(n)間の相関度であり、siはi番目パルスの符号であり、sjはj番目パルスの符号である。 In Equation (6), Φ (m i , m j ) is the degree of correlation between the position of the i th pulse and the impulse response signal h (n) with respect to the position of the j th pulse, and s i is the sign of the i th pulse. Yes, s j is the sign of the jth pulse.
前記固定コードブック探索部117は、前記相関度Cとインパルス応答h(n)のエネルギーEとを保存する。相関度Cは、符号sign[d(i)]とその絶対値とに分けられて保存される。sign[d(i)]はd(i)の符号である。前記エネルギーEは数式(7)のような形態に保存される。
The fixed
エネルギーEに対する数式(6)は、数式(8)のように再定義されうる。 Equation (6) for energy E can be redefined as equation (8).
固定コードブック探索部117は、前記検出された相関度CとエネルギーEとをライン118”を通じて、音質向上階層130の固定コードブック探索部131に提供しながら、検出された相関度CとエネルギーEとを利用して固定コードブックを探索する。前記固定コードブック探索により、固定コードブックインデックスと利得値とが得られれば、固定コードブック探索部117は、前記固定コードブックインデックスを固定コードブック119と多重化器140とに伝送し、前記利得値を利得値量子化器129に伝送する。
The fixed
固定コードブック119は、ライン118を通じて入力されたインデックスに基づいて、基本階層100の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブック119から出力される固定コードブックベクトルは、ライン120を通じて第1乗算器121に提供される。
The fixed
第1乗算器121は、利得値量子化器129で提供される前記固定コードブックの利得値に対する量子化利得値Gcを前記固定コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン122を通じて出力する。ライン122を通じて出力される信号は、固定コードブックのベクトルである。前記量子化利得値Gcは、利得値量子化器129から提供される。
The
ライン113を通じて適応コードブックインデックスが印加されれば、適応コードブック124は、前記適応コードブックインデックスに対応するパルスの位置情報と符号情報とを出力する。ライン125を通じて出力される適応コードブックベクトルは、第2乗算器126に提供される。
If the adaptive codebook index is applied through the
第2乗算器126は、適応コードブックの利得値に対する量子化された利得値Gpを前記ライン125を通じて伝送される適応コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン127を通じて出力する。前記ライン127を通じて出力される信号は、利得値Gpが乗算された適応コードブックのベクトルである。前記量子化された利得値Gpは、利得値量子化器129から提供される。
The
加算器123は、ライン122を通じて入力される量子化された利得値Gcと固定コードブックベクトルとを乗算して得た信号と、ライン127を通じて入力される量子化された利得値Gpと適応コードブックベクトルとを乗算して得た信号とを加算して励起信号を得る。前記励起信号は、ライン128を通じて合成フィルタ106に出力される。
The
利得値量子化器129は、固定コードブック探索部117から出力される固定コードブックの利得値とピッチ分析部112から出力される適応コードブックの利得値とをそれぞれ量子化する。前記固定コードブックの利得値を量子化した利得値Gcは、第1乗算器121に出力され、適応コードブックの利得値を量子化した利得値Gpは、第2乗算器126に出力される。前記量子化した利得値Gcは、音質向上階層130に含まれている利得値差の量子化器134にも提供される。
The
音質向上階層130は、復元される音質を向上させるために基本階層100で提供されるビット以外に追加的なビットをさらに提供するためのものである。例えば、基本階層100が、8kbpsのビット率を提供する時に、音質向上階層130が4kbpsの追加ビット率が提供できる。図1は説明の便宜上、1つの音声向上階層130が基本階層100に連結された構成を示したが、複数の音声向上階層が基本階層100に連結されうる。
The sound
音質向上階層130は、固定コードブック探索部131と利得値差の量子化器134とで構成される。固定コードブック探索部131は、ライン118’を通じて提供されるインパルス応答信号h(n)、対象信号とインパルス応答信号h(n)との相関度であるd(n)、パルスの符号と前記相関度であるd(n)とを利用して検出されたd(n)のサイズ情報に該当される相関度C及びインパルス応答信号h(n)のエネルギーEを利用して固定コードブックを探索する。
The sound
このように固定コードブック探索部131は、固定コードブック探索部117で探索された対象信号と同じ対象信号とに対する固定コードブック探索を行う。固定コードブック探索部131は、代数コードブックを使用する。固定コードブック探索部131は、対象信号(ターゲットベクトル)のMSE(Mean Square Error)を最小化し、数式(9)を最大化するベクトルckを見つける。見つけられたベクトルckが固定コードブックベクトルとなる。
In this way, the fixed
数式(9)でΦはインパルス応答h(n)間の相関度を表す。前記d(n)とΦとは基本階層100で提供する値を利用する。前記Φは、固定コードブック探索部117から提供される。したがって、固定コードブック探索部131は固定コードブック探索時に必要な演算量を減らせる。
In Equation (9), Φ represents the degree of correlation between impulse responses h (n). As the d (n) and Φ, values provided in the
基本階層100の固定コードブックベクトルの次数が40であり、基本階層100及び音質向上階層130で大きさが0でないパルスをそれぞれ4つ探すと仮定すれば、基本階層100の固定コードブック117でまず4個のパルスを探し、音質向上階層130の固定コードブック探索部131で4個のパルスを探す。したがって、固定コードブック探索部131は基本階層100で探した4個のパルスの影響も考慮する。したがって、固定コードブック探索部131で得られる相関度C’は数式(10)のように定義でき、エネルギーE’は数式(11)のように定義されうる。
Assuming that the order of the fixed codebook vector of the
数式(5)に定義された相関度C値を利用して、前記数式(10)は、数式(12)のように再定義されうる。 Using the correlation degree C value defined in Equation (5), Equation (10) can be redefined as Equation (12).
固定コードブック探索部131は、探索過程の複雑度を減らすためにエネルギーE’を数式(13)のように再定義された演算により検出できる。
The fixed
数式(13)は、数式(8)に定義されているエネルギーEを利用すれば、数式(14)のように再定義されうる。 Equation (13) can be redefined as Equation (14) by using the energy E defined in Equation (8).
相関度C’とエネルギーE’とは、音質向上階層130での固定コードブック探索以前に保存されて、固定コードブック探索過程を簡素化できる。
The correlation degree C ′ and the energy E ′ are stored before the fixed codebook search in the sound
前述した相関度C’、エネルギーE’を利用して、音質向上階層130のパルスの符号情報と位置情報とを得るための固定コードブック探索部131の過程は、基本階層100の固定コードブック探索部117で行われる方式と同一に行われる。この時、基本階層100で探索されたパルスの位置情報と音質向上階層で探索されたパルスの位置情報とは同一でありうる。
The process of the fixed
図2は、図1のビット率拡張音声符号化装置において、固定コードブック探索部117により探索されたパルスの位置と固定コードブック探索部131により探索されたパルスの位置とを説明するための図面である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the pulse positions searched by the fixed
図2を参照すれば、固定コードブック探索201で探索されたパルスの位置は、音質向上階層固定コードブック探索202で探索されたパルスの位置と同じでありうる。したがって、最終固定コードブックのパルスの大きさは基本階層100及び音質向上階層130の固定コードブックパルスの大きさを含む多重された大きさ(以下、多重大きさという)を有する。したがって、代数コードブックのパルスの大きさは+1または−1のみの大きさではない。
Referring to FIG. 2, the position of the pulse searched in the fixed
固定コードブック探索部131は、探索結果によって得られた固定コードブックベクトルを多重化器140に提供し、固定コードブックの利得値を利得値差の量子化器134に提供する。前記音質向上階層130での前記固定コードブックインデックスは、パルス符号情報とパルスの位置情報とで構成されうる。
The fixed
このように音質向上階層130で探索された固定コードブックインデックスは、次のフレームのために保存されていないので、基本階層100の動作に影響を与えない。
Since the fixed codebook index searched in the sound
利得値差の量子化器134は、固定コードブック探索部131で求めた固定コードブックの利得値132と基本階層100で量子化された固定コードブックの利得値Gc間の差を求め、前記差を量子化する。これによって、利得値差の量子化情報Gdiffが利得値差の量子化器134からライン135を通じて多重化器140に伝送されるので、音質向上階層130は、固定コードブックの利得値に対する量子化ビットを減らせる。
多重化器140は、基本階層100から提供されるLPC係数量子化情報、固定コードブックインデックス、適応コードブックインデックス、利得値量子化情報と音質向上階層130とから提供される音質向上階層の固定コードブックインデックス、利得値差の量子化情報をビットストリームに出力する。
The
基本階層100と音質向上階層130とのビットストリームは区分して伝送する。すなわち、図1に示されたように、音質向上階層130のビットストリームは、基本階層100のビットストリーム後に伝送される。これによって前記ビットストリームは、ネットワークトラフィック状態によって、復号化装置に必要なビット率で容易に分離されうる。例えば、復号化装置側のチャンネル特性が劣悪で基本階層のビットストリームのみが受信できる場合に、前記復号化装置は図1のビット率拡張音声符号化装置が送出するビットストリームのうち基本階層のビットストリームのみが受信ができる。
The bit streams of the
図3は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声復号化装置のブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram of a bit rate extended speech decoding apparatus according to an embodiment of the present invention.
図3を参照すれば、前記ビット率拡張音声復号化装置は、逆多重化器301、LPC係数復号化部302、利得値復号化部303、第1固定コードブック復号化部304、適応コードブック復号化部305、利得値差の復号化部306、第2固定コードブック復号化部307、第1加算器308、第2加算器309、第1選択スイッチ310、第2選択スイッチ311、第1乗算器312、第2乗算器313、第3加算器314、合成フィルタ315、及び後処理部316で構成される。
Referring to FIG. 3, the bit rate extended speech decoding apparatus includes a
前記ビット率拡張音声復号化装置は、ビット率拡張音声符号化装置から伝送されるビットストリームを選択的に受信できる。すなわち、ビットストリームから基本階層に対するビットストリームのみ受信すれば、基本階層の音質が復元でき、基本階層及び音質向上階層に対するビットストリームを何れも受信すれば、さらに向上した音質が提供できる。 The bit rate extended speech decoding apparatus can selectively receive a bit stream transmitted from the bit rate extended speech encoding apparatus. That is, if only the bitstream for the base layer is received from the bitstream, the sound quality of the base layer can be restored, and if both bitstreams for the base layer and the sound quality improvement layer are received, further improved sound quality can be provided.
逆多重化器301は、受信されるビットストリームを各モジュールの情報に逆多重化して出力する。すなわち、逆多重化器301は、LPC係数量子化情報をLPC係数復号化部302に、利得値量子化情報は利得値復号化部303に、利得値差の量子化情報は利得値差の復号化部306に、音質向上階層の固定コードブックインデックスは第2固定コードブック復号化部307に、固定コードブックインデックスは第1固定コードブック復号化部304に、適応コードブックインデックスは適応コードブック復号化部305にそれぞれ提供する。
The
LPC係数復号化部302の構造は、符号化装置側のLPC係数の抽出及びベクトル量子化器104により決定され、入力されるLPC係数量子化情報からLPC係数を復元する。復元されたLPC係数は合成フィルタ315と後処理部316とに提供される。
The structure of the LPC
利得値復号化部303の構造は、符号化装置側の利得値量子化器129により決定される。利得値復号化部303、は入力される利得値量子化情報をデコードする。前記利得値量子化情報は、適応コードブック利得値と固定コードブック利得値とを含む。したがって、利得値復号化部303から基本階層100での適応コードブック利得値gpと固定コードブック利得値gcとがそれぞれ出力される。
The structure of gain
第1固定コードブック復号化部304は、入力される基本階層100の固定コードブックインデックスをデコードして基本階層100の固定コードブックを出力する。固定コードブック復号方式は、符号化装置の固定コードブック探索部117での探索方式により決定される。適応コードブック復号化部305は、入力される適応コードブックインデックスをデコードして基本階層100の適応コードブックを出力する。
The first fixed
前述PC係数復号化部302、利得値復号化部303、第1固定コードブック復号化部304、及び適応コードブック復号化部305は、逆多重化器301から伝送される基本階層100での符号化情報をデコードする第1復号化ユニットと定義されうる。
The PC
利得値差の復号化部306と第2固定コードブック復号化部307との動作はネットワークトラフィック状態や受信端末の処理容量に依存する。
The operations of the gain value
もし、利得値差の復号化部306と第2固定コードブック復号化部307とが動作されと決定されれば、利得値差の復号化部306は、入力される利得値差の量子化情報をデコードする。第2固定コードブック復号化部307は、入力される音質向上階層の固定コードブックインデックスをデコードする。利得値差復号化方式は、符号化装置側の利得値差の量子化器134により決定される。第2固定コードブック復号化部307でのデコード方式は、符号化装置側の第2固定コードブック探索部131により決定される。
If it is determined that the gain value
利得値差の復号化部306と第2固定コードブック復号化部307とは、逆多重化器301から伝送される音質向上階層130での符号化情報をデコードする第2復号化ユニットと見なされうる。
The gain value
第1加算器308は、利得値復号化部303から出力されるデコードされた固定コードブックの利得値gcと利得値差の復号化部306から出力されるデコードされた利得値差gdiffとを加算する。第1加算器308の出力は、復号化時に音質向上階層の利得値である。
The
第2加算器309は、第2固定コードブック復号化部307でデコードされた音質向上階層130の固定コードブックと、第1固定コードブック復号化部304でデコードされた基本階層100の固定コードブックとを加算する。したがって、第2加算器309から出力される信号は数式(15)のように定義できる。
The
数式(15)で、c(n)は基本階層での固定コードブックであり、c’(n)は音質向上階層での固定コードブックである。 In Equation (15), c (n) is a fixed codebook in the basic layer, and c ′ (n) is a fixed codebook in the sound quality improvement layer.
これによって、復号化装置での固定コードブックパルスは、基本階層と音質向上階層との代数コードブックを累積させて、多重大きさを有する代数コードブックパルス構造を有する。前記代数コードブックを累積させることは、あらゆるパルスの大きさが同じ大きさを有する既存の固定コードブック構造で発生する短所を補完するためのものである。したがって、累積させた代数コードブックのパルスは対象信号に適した符号を有する。 Accordingly, the fixed codebook pulse in the decoding apparatus has an algebraic codebook pulse structure having a multiple size by accumulating the algebraic codebooks of the basic layer and the sound quality enhancement layer. Accumulating the algebraic codebook is intended to compensate for the disadvantages that occur in existing fixed codebook structures where every pulse has the same magnitude. Therefore, the accumulated pulse of the algebraic codebook has a code suitable for the target signal.
第1選択スイッチ310は、利得値復号化部303でデコードされた固定コードブック利得値gcと第1加算器308から出力される信号とを選択的に伝送する。すなわち、復号化装置が基本階層に動作すれば、第1選択スイッチ310は利得値復号化部303から出力される固定コードブック利得値gcを伝送し、該当される復号化装置が音質向上階層に動作すれば、第1選択スイッチ310は加算器308から出力される利得値を伝送する。
The
第2選択スイッチ311は、第2加算器309から出力される信号と第1固定コードブック復号化部304から出力される基本階層100での固定コードブックとを選択的に伝送する。すなわち、前記復号化装置が音質向上階層で動作しない場合に、第2選択スイッチ311は、第1固定コードブック復号化部304から出力される信号を伝送し、前記復号化装置が音質向上階層で動作する場合に、第2選択スイッチ311は第2加算器309から出力される信号を伝送する。
The
第1乗算器312は、第2選択スイッチ311から出力される固定コードブックに第1選択スイッチ310から出力される利得値を乗算して出力する。
The
第2乗算器313は、適応コードブック復号化部305から出力されるデコードされた適応コードブックに利得値復号化部303から出力される適応コードブックの利得値gpを乗算して出力する。
The
第3加算器314は、第1乗算器312から出力される固定コードブックに関する情報と第2乗算器313から出力される適応コードブックに関する情報とを加算して復元された励起信号を発生する。
The
前述した第1加算器308、第2加算器309、第3加算器314、第1乗算器312、第2乗算器313、第1選択スイッチ310及び第2選択スイッチ311は、前述した第1復号化ユニットと第2復号化ユニットとでそれぞれデコードされた信号を前記復号化装置の動作環境によって演算する演算ユニットと定義されうる。
The
合成フィルタ315は、LPC係数復号化部302から提供される復元されたLPC係数を利用して、加算器314から提供される励起信号を合成して音声信号を復元する。
The
後処理部316は、合成フィルタ315から伝送される音声信号の音質を向上させる。すなわち、音声信号の音質を向上させるために、後処理部316は、LPC係数復号化部302から提供されるLPC係数を利用して、合成フィルタ315から出力される信号をフィルタリングするためのハイパスフィルタを使用する。
The
前述した合成フィルタ315及び後処理部316は、前記演算ユニットから出力される信号を、LPC係数復号化部302から出力されるLPC係数と合成して音声信号を復元する復元ユニットと定義されうる。
The
図4は、本発明の一実施例によるビット率拡張音声符号化方法のフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart of a bit rate extended speech encoding method according to an embodiment of the present invention.
第401段階で、音声信号の符号化装置は、図1の前処理ユニット102のように入力された音声信号を前処理する。第402段階で、音声信号の符号化装置は、前処理された音声信号からLPC係数を抽出し、抽出されたLPC係数の量子化情報を生成する。
In
第403段階で、音声信号の符号化装置は、生成されたLPC係数の量子化情報を利用して励起信号を図1の合成フィルタ106でのように合成する。第404段階で、音声信号の符号化装置は、前記前処理された信号から前記合成された信号を減算してLPC残差信号を検出する。第405段階で、音声信号の符号化装置は、検出されたLPC残差信号を図1の認知加重フィルタ110でのようにフィルタリングして認知加重された信号を出力する。
In
第406段階で、音声信号の符号化装置は認知加重された信号のピッチを図1のピッチ分析部112のように分析して、適応コードブックのインデックスと利得値とを得る。そして、音声信号の符号化装置は、図1のピッチ寄与度の除去部115のように適応コードブックのインデックスに基づいて認知加重された信号からピッチ寄与度を除去して、固定コードブック探索のために必要な対象信号を検出する。
In
第407段階で、音声信号の符号化装置は、図1の第1固定コードブック探索部117でのように基本階層固定コードブックを探索して、固定コードブック利得値と固定コードブックインデックスとを生成する。第408段階で、音声信号の符号化装置は、図1の利得値量子化器129でのように前記検出された固定コードブック利得値と前記検出された適応コードブック利得値とを量子化する。
In
第409段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層での相関度C及びd(n)、エネルギーEのような媒介変数を利用して、音質向上階層固定コードブックを探索する。音質向上階層固定コードブック探索により、音質向上階層の固定コードブックの利得値とインデックスとがそれぞれ生成される。 In operation 409, the speech signal encoding apparatus searches for a sound quality enhancement layer fixed codebook using parameters such as the correlation degree C and d (n) and energy E in the base layer. Through the sound quality improvement layer fixed codebook search, the gain value and the index of the fixed codebook of the sound quality improvement layer are respectively generated.
第410段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層固定コードブックの利得値と音質向上階層の固定コードブックの利得値間の差を量子化する。前述した音質向上階層での固定コードブック探索及び利得値量子化過程は、図1で説明したように複数階層に分けて行われうる。音質向上階層の処理が複数階層に分けて行われれば、それほど復元される音声信号の質が向上されうる。
In
第411段階で、音声信号の符号化装置は前述した段階を通じて得たLPC係数量子化情報、基本階層の固定コードブックインデックス、基本階層の適応コードブックインデックス、基本階層の固定コードブックの利得値、基本階層の適応コードブックの利得値、音質向上階層の固定コードブックインデックス及び前記利得値差の量子化情報をビットストリーム形態に多重化して音声信号復号化装置側に送出する。
In
図5は、本発明の望ましい一実施例によるビット率拡張音声復号化方法のフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart of a bit rate enhanced speech decoding method according to an embodiment of the present invention.
第501段階で、音声信号復号化装置は、図3の逆多重化器301のように受信されるビットストリームを各構成の情報に逆多重化する。
In
第502段階で、音声信号復号化装置は、前記逆多重化された信号をデコードする。すなわち、図3のLPC係数復号化部302、利得値復号化部303、第1固定コードブック復号化部304、適応コードブック復号化部305、利得値差の復号化部306、第2固定コードブック復号化部307のように前記逆多重化された信号をデコードする。
In
第503段階で、音声信号復号化装置は、音質向上階層固定コードブック利得値を所定演算処理により復元する。前記音声信号復号化装置は、復号化された固定コードブック利得値と音質向上階層の固定コードブック利得値の量子化情報として受信された利得値差とを加算して、音質向上階層の固定コードブック利得値を復元する。
In
第504段階で、音声信号復号化装置は、音声信号復号化装置の動作条件によって音質向上階層の固定コードブックと基本階層の固定コードブックとを選択的に伝送し、利得値も選択的に伝送される。すなわち、音声信号復号化装置が音質向上階層で動作すれば、復元された音質向上階層の固定コードブックの利得値が乗算された音質向上階層の固定コードブックを伝送させる。一方、音声信号の符号化装置が音質向上階層で動作しなければ、復号化された基本階層の固定コードブックに基本階層の固定コードブックの利得値を乗算した固定コードブックを伝送させる。
In
第505段階で、音声信号復号化装置は、第502段階で復号化されたLPC係数を利用して、第504段階で選択的に伝送された固定コードブックを合成する。
In
第506段階で、音声信号復号化装置は、後処理部316のように後処理して復元された音声信号を生成する。
In
図6は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声符号化装置の機能ブロック図である。図6を参照すれば、前記ビット率拡張音声符号化装置は、基本階層600と音質向上階層630とを含む多層固定コードブック構造を有する。
FIG. 6 is a functional block diagram of a bit rate extended speech encoding apparatus according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the bit rate extended speech encoding apparatus has a multi-layer fixed codebook structure including a basic layer 600 and a sound
基本階層600では、最小限の音質が復元できる符号化情報が生成される。基本階層600は、既存の標準化されたCELP音声符号化器の構成と類似している。したがって、基本階層600は、入力音声信号を線形予測符号化によりフィルタリングし、前記フィルタリングされた音声信号に対応する励起信号を生成する。励起信号は、固定コードブック探索と適応コードブック探索とにより生成される。 In the basic layer 600, encoded information that can restore the minimum sound quality is generated. Base layer 600 is similar to the configuration of existing standardized CELP speech encoders. Accordingly, the base layer 600 filters the input speech signal by linear predictive coding, and generates an excitation signal corresponding to the filtered speech signal. The excitation signal is generated by a fixed codebook search and an adaptive codebook search.
基本階層600は、前処理ユニット602、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器604、合成フィルタ606、減算器608、認知加重フィルタ610、ピッチ分析部612、ピッチ寄与度の除去部615、固定コードブック探索部617、固定コードブック619、第1乗算器621、加算器623、適応コードブック624、第2乗算器626、利得値量子化器629で構成される。
The basic layer 600 includes a
前処理ユニット602は、ライン601を通じて入力される音声信号からDC成分を除去する。すなわち、前処理ユニット602は、ハイパスフィルタを使用して入力音声信号をフィルタリングして入力音声信号の低周波帯域のノイズ成分を除去する。使われたハイパスフィルタは、本発明の一実施例で基本階層100の前処理ユニット102のハイパスフィルタと同一である。前処理ユニット602から出力される信号は、ライン603を通じてLPC係数の抽出及びベクトル量子化器604に伝送される。
The
LPC係数の抽出及びベクトル量子化器604は、前記前処理ユニット602から出力される信号のLPC係数を抽出する。抽出されたLPC係数は、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器604によりベクトル量子化される。LPC係数のベクトル量子化情報は、ライン605を通じて合成フィルタ606と多重化器650とに伝送される。
The LPC coefficient extraction and
合成フィルタ606は、前記LPC係数のベクトル量子化情報を利用してライン628を通じて入力される励起信号に対応する合成された信号を出力する。前記合成された信号は、ライン607を通じて減算器608に出力される。
The
減算器608は、ライン603を通じて入力される前処理ユニット602から出力される信号から、ライン607を通じて入力される合成された信号を減算してLPC残差信号を生成する。前記LPC残差信号は、ライン609を通じて認知加重フィルタ610に伝送される。
The
認知加重フィルタ610は、人体聴覚構造のマスキング効果を利用するために量子化雑音をマスキング臨界値以下に保持する。したがって、認知加重フィルタ610は、前記LPC残差信号の量子化雑音が最小化されるように加重値を含む信号をピッチ分析部612に出力する。
The
ピッチ分析部612は、認知加重フィルタ610から出力される信号に対して開回路ピッチと閉回路ピッチとを探索する。すなわち、ピッチ分析部612は、認知加重フィルタ610から出力される信号を複数のサブフレームに分け、前記標準化されたCLEP音声符号化装置でのように各サブフレームのピッチを分析して適応コードブックのインデックスと利得値とを出力する。
The
前記適応コードブックのインデックスは、ライン613を通じてピッチ寄与度の除去部615と適応コードブック624とに伝送されながらライン614を通じて多重化器650に伝送される。また、前記適応コードブックの利得値は、利得値量子化器629に提供される。
The index of the adaptive codebook is transmitted to the
ピッチ寄与度の除去部615は、前記適応コードブックのインデックスに基づいて、認知加重フィルタ610の出力信号から固定コードブック探索のために必要な対象信号を出力する。そして、ピッチ寄与度の除去部615は、認知加重フィルタ610の出力信号からピッチ寄与度y1(n)を減算して、固定コードブック探索のために必要な対象信号を、ライン616を通じて基本階層600の固定コードブック探索部617に出力する。ピッチ寄与度y1(n)は、数式(3)によって求められる。
The pitch
固定コードブック探索部617は、ライン611を通じて入力された対象信号x’(n)を使用して対象信号とインパルス応答h(n)との相関度d(n)とを求める。
The fixed
例えば、副フレームの大きさが40サンプルであり、各階層のパルス数が4つと仮定すれば、前記相関度d(n)は数式(2)のように定義されうる。 For example, assuming that the size of the subframe is 40 samples and the number of pulses in each layer is four, the correlation d (n) can be defined as Equation (2).
前記固定コードブック探索部617は、前記インパルス応答h(n)と前記相関度d(n)とに基づいて、前記表1の例のように構成された代数コードブック形態の固定コードブックを探索する。表1を参考すれば、固定コードブック探索部617で固定コードブックベクトルのパルスの大きさは、4個の位置でのみ0でない。したがって、前記パルスの符号sと相関度d(n)とを利用した相関度d(n)の大きさに対応する相関度Cは数式(3)のように定義されうる。固定コードブック探索部617は、数式(3)により相関度Cを検出する。固定コードブック検出部617は、インパルス応答エネルギーEを数式(4)により検出する。
The fixed
前記固定コードブック探索部617は、前記相関度CとエネルギーEとを保存する。固定コードブック探索部617は、相関度Cを符号sign[d(i)]とその絶対値とに分けられて保存する。sign[d(i)]はd(i)の符号である。前記エネルギーEは数式(5)のような形態に保存される。エネルギーEに対する数式(4)は数式(6)のように再定義されうる。
The fixed
前記探索により、固定コードブックインデックスと利得値とが得られれば、固定コードブック探索部617は、前記固定コードブックインデックスを固定コードブック619と多重化器650とに伝送し、前記利得値を利得値量子化器629に伝送する。
If a fixed codebook index and a gain value are obtained by the search, the fixed
固定コードブック619は、ライン618を通じて入力されたインデックスに基づいて、基本階層600の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブックベクトルは、パルス位置情報mと符号情報sとに基づいて構成される。固定コードブック619から出力される固定コードブックベクトルは、ライン620を通じて第1乗算器621に提供される。
第1乗算器621は、利得値量子化器629から提供される前記固定コードブックの利得値に対する量子化利得値Gcを、前記固定コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン622を通じて出力する。ライン622を通じて出力される信号は、基本階層600の固定コードブックベクトルに量子化利得値Gcを乗算した固定コードブックcG(n)と定義できる。前記量子化利得値Gcは、利得値量子化器629から提供される。
The
ライン613を通じて適応コードブックインデックスが印加されれば、適応コードブック624は、前記適応コードブックインデックスに対応する適応コードブックベクトルを出力する。ライン625を通じて、前記適応コードブックベクトルは、第2乗算器626に提供される。
If an adaptive codebook index is applied through
第2乗算器626は、適応コードブックの利得値に対する量子化された利得値Gpを、前記ライン625を通じて伝送される適応コードブックベクトルに乗算し、その結果をライン627を通じて出力する。前記量子化された利得値Gpは、利得値量子化器629から提供される。
The
加算器623は、ライン622を通じて入力される固定コードブックベクトルとライン627を通じて入力される適応コードブックベクトルとを加算して励起信号を得る。前記励起信号は、ライン628を通じて合成フィルタ606に出力される。
The
利得値量子化器629は、固定コードブック探索部617から出力される固定コードブックの利得値とピッチ分析部612から出力される適応コードブックの利得値とをそれぞれ量子化する。前記固定コードブックの利得値に対応する量子化した利得値Gcは、第1乗算器621に出力され、適応コードブックの利得値に対応する量子化した利得値Gpは、第2乗算器626に出力される。前記量子化した利得値Gcは音質向上階層630に含まれている利得値差の量子化器643にも提供される。
The
音質向上階層630は、図1の音質向上階層130のように復元される音質を向上させるために、基本階層600で提供されるビット以外に追加的なビットをさらに提供するためのものである。図6は、説明の便宜上、1つの音声向上階層630が基本階層600に連結された構成を示したが、複数の音声向上階層が基本階層600に連結されうる。
The sound
音質向上階層630は、固定コードブック寄与度計算部631、第3加算器633、合成フィルタ634、認知加重フィルタ637、固定コードブック探索部639、固定コードブック641、利得値差の量子化器643、及び第3乗算器644で構成される。
The sound
基本階層600の第1乗算器621から、固定コードブックのベクトルに量子化利得値Gcが乗算された固定コードブックcG(n)が受信されれば、固定コードブック寄与度計算部631は、数式(16)により固定コードブック寄与度y2(n)を計算する。
If the fixed codebook c G (n) obtained by multiplying the fixed codebook vector by the quantization gain value G c is received from the
数式(16)で、Nは副フレームを構成するサンプル数によって決定される。したがって、ピッチ寄与度の除去部615で説明したように、副フレームの大きさが40サンプルである場合にNは40である。数式(16)で、h(n)は合成フィルタのインパルス応答である。固定コードブック寄与度計算部631で計算された固定コードブック寄与度は、ライン632を通じて第3加算器633に提供される。
In Equation (16), N is determined by the number of samples constituting the subframe. Therefore, as described in the pitch
第3加算器633は、ライン616を通じて提供される基本階層600の固定コードブック探索のために要求される対象信号から、ライン632を通じて提供される固定コードブック寄与度とライン635を通じて合成フィルタ634から提供される合成信号とを除去した信号を出力する。
The
合成フィルタ634は、音質向上階層630の量子化された利得値Aによって、固定コードブックのベクトルを乗算させることにより得られた固定コードブックを、ライン647を通じて受信すれば、LPC係数の抽出及びベクトル量子化器604で抽出され量子化されたLPC係数を使用して、前記入力される固定コードブック信号を合成することにより得られる信号を出力する。
When the synthesis filter 634 receives the fixed codebook obtained by multiplying the quantized gain value A of the sound
ここで、利得値Aは、次のように表される。 Here, the gain value A is expressed as follows.
認知加重フィルタ637は、ライン636を通じて入力される信号を、認知加重フィルタ601のようにフィルタリングして、音質向上階層630で固定コードブック探索のために要求される対象信号を出力する。対象信号は、ライン638を通じて固定コードブック探索部639に伝送される。
The
固定コードブック探索部639は、基本階層600の固定コードブック探索部617のように入力される対象信号に基づいて固定コードブックを探索して固定コードブックのインデックスと利得値とを得る。得られた固定コードブックのインデックスは、ライン640を通じて多重化器650に伝送されながら固定コードブック641に伝送される。前記固定コードブックの利得値GCEは、ライン642を通じて利得値差の量子化器643に伝送される。
The fixed
固定コードブック641は、入力された固定コードブックインデックスに基づいて音質向上階層630の固定コードブックベクトルを出力する。固定コードブックベクトルはパルスの位置情報mと符号情報sとを含みうる。固定コードブック641から出力される固定コードブックベクトルは、第3乗算器644に提供される。基本階層600の固定コードブック619から出力される固定コードブックベクトルのパルスの位置と、音質向上階層630の固定コードブック641から出力される固定コードブックベクトルのパルスの位置とは同一でありうる。
利得値差の量子化器643は、基本階層600の利得値量子化器629から出力される固定コードブックの利得値を量子化した利得値GCと、音質向上階層630の固定コードブック探索部639から出力される固定コードブックの量子化されていない利得値GCEとの間のログスケール差値を利用して、音質向上階層630の量子化された利得値Aを得、量子化された利得値Aを出力する。
図7は、利得値差の量子化器643の望ましい実施例を表したブロック図である。利得値量子化器643は、第1ログスケール変換部702、第2ログスケール変換部706、第4及び第5乗算器708、711及び第4加算器704を含む。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a preferred embodiment of the
基本階層600の利得値量子化器629により提供される量子化された固定コードブック利得値GCが、ライン701を通じて入力されれば、第1ログスケール変換部702は、固定コードブック利得値Gcに対応するログスケール変換された固定コードブック利得値をライン703を通じて出力する。
Fixed codebook gain value G C quantized provided by the
音質向上階層630の固定コードブック探索部639から出力される量子化されていない利得値GCEが、ライン705を通じて入力されれば、第2ロードスケール変換部706によってログスケール変換された固定コードブック利得値を、ライン707を通じて出力する。
If the unquantized gain value G CE output from the fixed
第4乗算器708は、ライン707を通じて入力されるログスケール変換された固定コードブック利得値に利得値差調整値Bを乗算し、乗算された結果をライン708を通じて出力する。
The
ここで、利得値差調整値Bは、次のように表される。 Here, the gain value difference adjustment value B is expressed as follows.
第4加算器704は、ライン703を通じて入力される固定コードブック利得値とライン708を通じて入力される固定コードブック利得値間の差値を、ライン710を通じて出力する。
The fourth adder 704 outputs a difference value between the fixed codebook gain value input through the
第5乗算器711は、入力される利得値差にスケール拡張要素10を乗算して、ログスケール利得値差GDIFF712を生成する。
The
前述した利得値差量子化643の動作過程は、数式(19)のように定義できる。
The operation process of the gain
数式(19)でGcは、利得値量子化器629によって量子化された固定コードブックの利得値であり、GCEは固定コードブック探索部639から出力される量子化されていない利得値である。また、利得値差調整値Bは、ログスケール利得値間の差値の動的範囲を最小にする調整値である。利得値差調整値Bは、音声符号化器の種類によっていかなる値にもなることができ、実際の例として0.987が使われる。
In Equation (19), G c is the gain value of the fixed codebook quantized by the
数式(19)での計算を通じて生成されたログスケール利得値差712は、アナログ信号であるので、3ビットスカラー量子化器によって量子化される。3ビットスカラー量子化器により量子化された結果を利用して音質向上階層630の量子化された固定コードブック利得値Aを出力する。前記量子化された利得値Aは、ライン645を通じて第3乗算器644に出力されながらライン646を通じて多重化器650に出力される。
Since the log scale
第3乗算器644は、固定コードブック641から提供される固定コードブックベクトルに、利得値差の量子化器643から提供される音質向上階層630の量子化された固定コードブック利得値Aを乗算し、乗算結果をライン647を合成フィルタ634に提供する。
The
多重化器650は、基本階層600から提供されるLPC係数量子化情報、固定コードブックインデックス、適応コードブックインデックス、利得値量子化情報と音質向上階層630から提供される音質向上階層の固定コードブックインデックス、利得値差の量子化情報を多重化し、その結果をビットストリームに出力する。
The
基本階層600と音質向上階層630とのビットストリームは、区分して伝送される。すなわち、図6に示されたように、音質向上階層630のビットストリームは、基本階層600のビットストリーム後に伝送される。これによって前記ビットストリームは、ネットワークトラフィック状態によって復号化装置に必要なビット率で容易に分離されうる。例えば、復号化装置側のチャンネル特性が劣悪で、基本階層のビットストリームのみ受信できる場合に、前記復号化装置は、図6のビット率拡張音声符号化装置が送出するビットストリームのうち基本階層のビットストリームのみ受信できる。
The bit streams of the basic layer 600 and the sound
図8は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声復号化装置のブロック図である。図8を参照すれば、前記ビット率拡張音声復号化装置は逆多重化器802、LPC係数復号化部803、利得値復号化部804、第1固定コードブック復号化部805、適応コードブック復号化部806、利得値差の復号化部807、第2固定コードブック復号化部808、乗算器809、810、813、加算器811、814、選択スイッチ812、合成フィルタ815、及び後処理部816を含む。
FIG. 8 is a block diagram of a bit rate extended speech decoding apparatus according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the bit rate extended speech decoding apparatus includes a
前記ビット率拡張音声復号化装置はビット率拡張音声符号化装置から伝送されるビットストリームを選択的に受信できる。すなわち、ビットストリームのうち基本階層に対するビットストリームのみ受信すれば、基本階層の音質が復元でき、基本階層及び音質向上階層に対するビットストリームを共に受信すれば、さらに向上した音質が提供できる。 The bit rate extended speech decoding apparatus can selectively receive a bit stream transmitted from the bit rate extended speech encoding apparatus. That is, if only the bitstream for the base layer is received, the sound quality of the base layer can be restored, and if both the bitstreams for the base layer and the sound quality improvement layer are received, further improved sound quality can be provided.
逆多重化器802は、受信されるビットストリーム801を各構成要素の情報に逆多重化して出力する。すなわち、逆多重化器802は、LPC係数量子化情報をLPC係数復号化部803に、利得値量子化情報は利得値復号化部804に、利得値差の量子化情報は利得値差の復号化部807に、音質向上階層630の固定コードブックインデックスは第2固定コードブック復号化部808に、基本階層600の固定コードブックインデックスは第1固定コードブック復号化部805に、適応コードブックインデックスは適応コードブック復号化部806にそれぞれ提供する。
The
LPC係数復号化部803の構造は、符号化装置側のLPC係数の抽出及びベクトル量子化器604により決定され、入力されるLPC係数量子化情報からLPC係数を復元する。復元されたLPC係数は、合成フィルタ815と後処理部816とに提供される。
The structure of the LPC
利得値復号化部804の構造は、符号化装置側の利得値量子化器629により決定される。利得値復号化部804は、入力される利得値量子化情報をデコードする。前記利得値量子化情報は、適応コードブック利得値と固定コードブック利得値とを含む。したがって、利得値復号化部804から基本階層600での適応コードブック利得値GPと固定コードブック利得値GCとがそれぞれ出力される。
The structure of gain
第1固定コードブック復号化部805は、入力される第1固定コードブックインデックスをデコードして第1固定コードブックを出力する。固定コードブック復号方式は、符号化装置の固定コードブック探索部617での探索方式により決定される。
The first fixed
適応コードブック復号化部806は、入力される適応コードブックインデックスをデコードして適応コードブックを出力する。
The adaptive
前述したLPC係数復号化部803、利得値復号化部804、固定コードブック復号化部805、及び適応コードブック復号化部806は、逆多重化器802から伝送される基本階層600での符号化情報をデコードする復号化ユニットと定義されうる。
The LPC
利得値差の復号化部807と第2固定コードブック復号化部808との動作は、ネットワークトラフィック状態や受信端末の処理容量に依存する。
The operations of the gain value
もし、利得値差の復号化部807と第2固定コードブック復号化部808とが動作すると決定されれば、利得値差の復号化部807は、入力される利得値差の量子化情報をデコードする。第2固定コードブック復号化部808は、入力される第2固定コードブックインデックスをデコードする。利得値差復号化方式は、符号化装置側の利得値差の量子化器643により決定される。
If it is determined that the gain value
第2固定コードブック復号化部808で行われるデコード方式は、符号化装置側の第2固定コードブック探索部631により決定される。利得値差の復号化部807と第2固定コードブック復号化部808とは、逆多重化器902から伝送される音質向上階層630での符号化情報をデコードする復号化ユニットと定義されうる。
The decoding method performed by the second fixed
乗算器809は、利得値復号化部804によって復元された基本階層600の固定コードブック利得値Gcを第1固定コードブック復号化部805によって出力された基本階層の固定コードブックに乗算して基本階層の固定コードブックベクトルを出力する。
The
乗算器810は、利得値差の復号化部807によって復元された音質向上階層630での固定コードブック利得値Aを、第2固定コードブック復号化部808によって出力された音質向上階層の固定コードブックに乗算して音質向上階層の固定コードブックベクトルを出力する。
The
加算器811は、乗算器809から出力される基本階層の固定コードブックベクトルと乗算器810から出力される音質向上階層の固定コードブックベクトルとを加算する。これによって、復号化装置での固定コードブックパルスは、基本階層と音質向上階層の代数コードブックを累積させて多重大きさを有する代数コードブックパルス構造を有する。前記代数コードブックを累積させることは、固定コードブックのあらゆるパルスが同じ大きさを有する既存の固定コードブック構造で発生する短所を補完するためのものである。
The
選択スイッチ812は、加算器811から出力される信号と乗算器809から出力される基本階層の固定コードブックベクトルとを選択的に伝送する。すなわち、前記復号化装置が音質向上階層で動作しない場合に、選択スイッチ812は、乗算器809から出力される基本階層の固定コードブックベクトルを選択して伝送する。前記符号化装置が音質向上階層で動作する場合に、選択スイッチ812は加算器811から出力される信号を選択して伝送する。
The
乗算器813は、適応コードブック復号化部806から出力されるデコードされた適応コードブックに利得値復号化部804から出力される適応コードブックの利得値Gpを乗算して適応コードブックベクトルを出力する。
加算器814は、選択スイッチ812により選択された固定コードブックベクトルと乗算器813から出力される適応コードブックベクトルとを加算して復元された励起信号を発生させる。
The
前述した乗算器810、加算器811及び選択スイッチ812は、前記復号化装置の動作環境によって前述した基本階層の符号化情報を復号化するユニットと音質向上階層の符号化情報を復号化するユニットとでそれぞれデコードされた信号を演算する演算ユニットと定義されうる。
The
合成フィルタ815は、LPC係数復号化部803から提供される復元されたLPC係数を利用して、加算器814から提供される励起信号を合成して音声信号を復元する。
The
後処理部816は、合成フィルタ815から伝送される音声信号を復元する。すなわち、後処理部816は、音声信号を復元するために、LPC係数復号化部803から提供されるLPC係数を利用して、合成フィルタ815から出力される信号をフィルタリングするためのハイパスフィルタを使用する。
The
前述した合成フィルタ815と後処理部816とは前記演算ユニットから出力される信号を、LPC係数復号化部803から出力されるLPC係数と合成して音声信号を復元する復元ユニットと定義されうる。
The
図9は、図6の音声信号の符号化装置で基本階層の固定コードブック探索901により探索されたパルスの位置と、音質向上階層の固定コードブック探索905により探索されたパルスの位置と、に基づいた固定コードブックベクトルを利用して図8の音声信号復号化装置で復元されるパルスの大きさを説明するための図面である。
FIG. 9 shows the positions of pulses searched by the fixed
図9を参照すれば、第1固定コードブック復号化部805で提供される固定コードブックベクトル902に、利得値復号化部804で提供される固定コードブック利得値Gcが、乗算器809によって乗算されて、利得値が乗算された基本階層固定コードブックベクトル904が生成される。
Referring to FIG. 9, the fixed
第2固定コードブック復号化部808で提供される固定コードブックベクトル906に、利得値差の復号化部807で提供される利得値GCEが乗算器810によって乗算されて、利得値が乗算された音質向上階層固定コードブックベクトル908が生成される。加算器811は、音質向上階層固定コードブックベクトル908と基本階層固定コードブックベクトル904とを加算した固定コードブックベクトル910を生成する。
A fixed
図9のパルスの構造に示されたように、基本階層の固定コードブックベクトル904と音質向上階層の固定コードブックベクトル908とは、加算器811に入力されて、音質向上階層の最終固定コードブック910を生成する。最終音質向上階層固定コードブック910は、相異なる利得値を有する2つの固定コードブックベクトルが加えられて得られるために、多重大きさを有する固定コードブックが形成できてさらに良い音質が提供できる。
As shown in the pulse structure of FIG. 9, the fixed
図10は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声符号化方法のフローチャートである。 FIG. 10 is a flowchart of a bit rate extended speech encoding method according to another embodiment of the present invention.
第1001段階で、音声信号の符号化装置は、図6の前処理ユニット602のように入力された音声信号を前処理する。第1002段階で、音声信号の符号化装置は、前処理された音声信号からLPC係数を抽出し、抽出されたLPC係数の量子化情報を生成する。
In
第1003段階で、音声信号の符号化装置は、前記前処理された信号から合成フィルタ606を経てLPC係数の残差信号を検出する。第1004段階で、音声信号の符号化装置は、検出された残差信号を図6の認知加重フィルタ610でのようにフィルタリングして、認知加重された信号を出力する。
In
第1005段階で、音声信号の符号化装置は、認知加重された信号のピッチを図6のピッチ分析部612のように分析し、図6のピッチ寄与度の除去部615のように分析された結果を利用して、前記認知加重された信号からピッチ寄与度を除去して、適応コードブック利得値と適応コードブックインデックスとを生成する。
In
第1006段階で、音声信号の符号化装置は、図6の基本階層600の固定コードブック探索部617でのように、基本階層固定コードブックを探索して固定コードブック利得値と固定コードブックインデックスとを生成する。
In operation 1006, the speech signal encoding apparatus searches the base layer fixed codebook to search for a fixed codebook gain value and a fixed codebook index as in the fixed
第1007段階で、音声信号の符号化装置は、図6の利得値量子化器629でのように、前記検出された固定コードブック利得値と前記検出された適応コードブック利得値とを量子化する。
In
第1008段階で、音声信号の符号化装置は、ベクトル量子化されたLPC係数を利用して、基本階層600で生成された固定コードブックベクトルと適応コードブックベクトルとの励起信号を図6の合成フィルタ606でのように合成する。
In
第1009段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層600での固定コードブック探索のための対象信号の影響、及び音質向上階層630の以前のLPC合成信号を除去することによって図6の固定コードブック探索部639でのような固定コードブック探索のための対象信号を生成する。すなわち、基本階層600で検出された対象信号から、基本階層の固定コードブック寄与度と音質向上階層630で検出された以前のLPC合成信号とを除去して音質向上階層での対象信号を得る。
In
第1010段階で、音声信号の符号化装置は、第1009段階で検出された対象信号を利用して、音質向上階層630の固定コードブック探索を行って音質向上階層の固定コードブック利得値と音質向上階層の固定コードブックインデックスとをそれぞれ生成する。
In
第1011段階で、音声信号の符号化装置は、基本階層の量子化された固定コードブックの利得値と音質向上階層の量子化されていない固定コードブック利得値間のログスケール差を量子化する。前述した音質向上階層での固定コードブック探索及び利得値量子化過程は、複数階層の音質向上階層が具備されることによって複数階層で行われうる。音質向上階層処理が複数階層で行われれば、それほど復元される音声信号の質が向上しうる。
In
第1012段階で、音声信号の符号化装置は、音質向上階層で生成された固定コードブックベクトル(または、励起信号)を図6の合成フィルタ634に通過させて合成された信号を出力する。
In
第1013段階で、音声信号の符号化装置は、前述した段階を通じて得た線形予測係数量子化情報、基本階層の固定コードブックインデックス、基本階層の適応コードブックインデックス、基本階層の固定コードブックの利得値、基本階層の適応コードブックの利得値、音質向上階層の固定コードブックインデックス及び前記利得値差の量子化情報を多重化してビットストリームを得、前記ビットストリームを音声信号復号化装置側に送出する。 In operation 1013, the speech signal encoding apparatus performs linear prediction coefficient quantization information obtained through the above-described steps, base layer fixed codebook index, base layer adaptive codebook index, base layer fixed codebook gain. Value, base layer adaptive codebook gain value, sound quality enhancement layer fixed codebook index, and gain value difference quantization information are multiplexed to obtain a bitstream, and the bitstream is sent to the audio signal decoding device side To do.
図11は、本発明の望ましい他の実施例によるビット率拡張音声復号化方法のフローチャートである。 FIG. 11 is a flowchart of a bit rate extended speech decoding method according to another embodiment of the present invention.
第1101段階で、音声信号復号化装置は、図8の逆多重化器802のように受信されるビットストリームを各構成要素の情報に逆多重化する。
In
第1102段階で音声信号復号化装置は、前記逆多重化された信号をデコードする。すなわち、図8のLPC係数復号化部803、利得値復号化部804、第1固定コードブック復号化部805、適応コードブック復号化部806、利得値差の復号化部807、第2固定コードブック復号化部808のように前記逆多重化された信号をデコードする。
In
第1103段階で、音声信号復号化装置は、音声信号復号化装置の動作条件によって音質向上階層の固定コードブック、または基本階層の固定コードブックを選択的に伝送し、利得値も選択的に伝送される。すなわち、音声信号復号化装置が音質向上階層で動作すれば、復元された音質向上階層の固定コードブックの利得値が乗算された音質向上階層の固定コードブックと基本階層の固定コードブックに基本階層の固定コードブックの利得値とが乗算された固定コードブックを加算し、その結果を伝送させる。一方、音声信号の符号化装置が音質向上階層で動作しなければ、音声信号復号化装置は復号化された基本階層の固定コードブックに、基本階層の固定コードブックの利得値を乗算して得られた固定コードブックを伝送させる。
In
第1104段階で、音声信号復号化装置は第1102段階で復号化されたLPC係数を利用して、第1103段階で選択的に伝送された固定コードブックを合成する。
In
第1105段階で、音声信号復号化装置は、後処理ユニット816のように後処理して復元された音声信号を生成する。
In
本発明によれば、既存の標準化されたCLEP音声符号化構造を変更せずにビット率が拡張できる構造を提示することによって、既存の標準化されたCLEP音声符号化装置を具備したシステムと互換可能である。 According to the present invention, by presenting a structure in which the bit rate can be expanded without changing an existing standardized CLEP speech coding structure, it is compatible with a system equipped with an existing standardized CLEP speech coding apparatus. It is.
また、前述した本願発明の一実施例によれば、基本階層の固定コードブック探索対象信号と音質向上階層の固定コードブック探索対象信号とを同様にすることによって、音質向上階層で探索されたコードブックは次のフレームのために保存されない、そのため、基本階層の動作に影響を与えない。 In addition, according to the above-described embodiment of the present invention, the code searched for in the sound quality improvement layer is obtained by making the fixed codebook search target signal in the base layer similar to the fixed codebook search target signal in the sound quality improvement layer. The book is not saved for the next frame, so it does not affect the operation of the base hierarchy.
そして、音質向上階層の固定コードブック探索時に、基本階層の固定コードブック探索時に求めた媒介変数値を使用することによって、音質向上階層の固定コードブック探索に要求される演算量を減らせる。 Then, the amount of calculation required for the fixed codebook search in the sound quality improvement layer can be reduced by using the parameter value obtained in the fixed codebook search in the basic layer during the fixed codebook search in the sound quality improvement layer.
また、本願発明の他の実施例によれば、音質向上階層の固定コードブック探索のために要求される対象信号は、基本階層の固定コードブック対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度と、音質向上階層の合成フィルタを通じて提供される以前の音質向上階層の固定コードブックの合成信号とを除去することによって、音質向上階層専用の対象信号を利用した固定コードブック探索が行われることによってさらに正確な固定コードブック探索が期待できる。 Further, according to another embodiment of the present invention, the target signal required for the fixed codebook search of the sound quality improvement layer, the fixed codebook contribution of the basic layer from the fixed codebook target signal of the basic layer, More accurate by performing a fixed codebook search using the target signal dedicated to the sound quality improvement layer by removing the synthesized signal of the fixed codebook of the previous sound quality improvement layer provided through the synthesis filter of the sound quality improvement layer Can be expected.
さらに、音質向上階層で探索されたパルスの位置と基本階層で探索されたパルスの位置とが同じになって、代数コードブックのパルスが同じ大きさを有する限界点を克服し、最終固定コードブックのパルスが多重大きさを有するので、復元される音声信号の音質が改善できる。 Furthermore, the position of the pulse searched for in the sound quality enhancement layer and the position of the pulse searched for in the basic layer become the same, overcoming the limit point where the pulses of the algebraic codebook have the same magnitude, and the final fixed codebook Therefore, the sound quality of the restored audio signal can be improved.
そして、音質向上階層の利得値は基本階層の量子化された利得値と音質向上階層の利得値間の差を量子化して相対的に動的範囲の小さな利得値差を量子化した値を伝送することによって、音質向上階層で利得値量子化に必要なビットが節約できる。 Then, the gain value of the sound quality improvement layer is a value obtained by quantizing the difference between the quantized gain value of the base layer and the gain value of the sound quality improvement layer and quantizing the gain value difference having a relatively small dynamic range. By doing so, it is possible to save bits necessary for gain value quantization in the sound quality enhancement layer.
これまで本発明についてその望ましい実施例を中心として説明した。本発明が属する技術分野で当業者は本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現されうることが理解できる。したがって、開示された実施例は限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮せねばならない。本発明の範囲は前述した説明でなく特許請求の範囲に記載されており、それと同等な範囲内のあらゆる差異点は本発明に含まれたものと解釈されねばならない。 The present invention has been described above with a focus on preferred embodiments thereof. Those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention can be embodied in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative, not a limiting sense. The scope of the present invention is described in the scope of claims rather than the above description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.
本発明はCELPアルゴリズムを使用し、基本階層と音質向上階層とを有する音声符号化及び復号化装置に適用可能である。
The present invention is applicable to a speech encoding / decoding device that uses a CELP algorithm and has a basic layer and a sound quality improvement layer.
100 基本階層
101、103、105、107、109、111、113、114、116、118、118’、118’’、120、122、125、127、135 ライン
102 前処理ユニット
104 LPC係数の抽出及びベクトル量子化器
106 合成フィルタ
108 減算器
110 認知加重フィルタ
112 ピッチ分析部
115 ピッチ寄与度の除去部
117 固定コードブック探索部
119 固定コードブック
121 第1乗算器
123 加算器
124 適応コードブック
126 第2乗算器
129 利得値量子化部
130 音質向上階層
131 固定コードブック探索部
132 利得値
134 利得値差の量子化器
140 多重化器
Gc、Gp 量子化された利得値
100
Claims (8)
線形予測符号化を使用して入力音声信号をフィルタリングし、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記フィルタリングされた音声信号の励起信号を生成する基本階層と、
前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から前記基本階層の固定コードブックの寄与度y 2 (n)を除去して得られた対象信号を利用して固定コードブックを探索する少なくとも1つの音質向上階層と、
前記基本階層で生成される信号と前記音質向上階層で生成される信号とを多重化し、前記多重化された信号を出力する多重化器と、を含み、
前記基本階層の固定コードブックの寄与度y 2 (n)は前記基本階層の固定コードブックの量子化利得値が乗算された固定コードブックc G と合成フィルタのインパルス応答とを利用して下記式(1)のように計算して検出され、
前記線形予測符号化の係数を利用して音質向上階層で生成された固定コードブック信号を合成した信号を前記基本階層の対象信号からさらに除去し、
前記基本階層の固定コードブック探索により得られた第1利得値のログスケール値と、前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた第2利得値のログスケール値間の差を量子化して得られた音質向上階層の量子化された利得値を前記音質向上階層での固定コードブック探索により得られた固定コードブックベクトルに乗算する音声信号の符号化装置。 In an audio signal encoding device,
Filtering the input speech signal using linear predictive coding and generating an excitation signal of the filtered speech signal by fixed codebook search and adaptive codebook search;
At least one sound quality improvement for searching a fixed codebook using a target signal obtained by removing the contribution y 2 (n) of the fixed codebook of the basic layer from the fixed codebook search target signal of the basic layer Hierarchy,
Wherein the signal generated by the signal and the speech quality enhancement layer generated by the base layer multiplexes, seen including and a multiplexer for outputting the multiplexed signal,
The contribution y 2 (n) of the fixed codebook of the basic layer is expressed by the following equation using the fixed codebook c G multiplied by the quantization gain value of the fixed codebook of the basic layer and the impulse response of the synthesis filter. Detected by calculating as in (1),
A signal obtained by synthesizing the fixed codebook signal generated in the sound quality improvement layer using the coefficient of the linear predictive coding is further removed from the target signal in the base layer,
The difference between the log scale value of the first gain value obtained by the fixed codebook search in the basic layer and the log scale value of the second gain value obtained by the fixed codebook search in the sound quality enhancement layer is quantized. A speech signal encoding apparatus that multiplies a quantized gain value of a sound quality enhancement layer obtained in this way by a fixed codebook vector obtained by fixed codebook search in the sound quality enhancement layer .
前記多重化器は複数の音質向上階層から出力される固定コードブックインデックスと前記固定コードブックのログスケール利得値間の差に関する量子化した情報を多重化することを特徴とする請求項1に記載の音声信号の符号化装置。 If multiple sound quality enhancement layers are provided,
2. The multiplexer according to claim 1 , wherein the multiplexer multiplexes quantized information regarding a difference between a fixed codebook index output from a plurality of sound quality enhancement layers and a log scale gain value of the fixed codebook. Audio signal encoding device.
前記符号化された音声信号のうち基本階層での符号化情報をデコードするための第1復号化ユニットと、
前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記符号化された音声信号のうち音質向上階層での符号化情報を復元する第2復号化ユニットと、
前記音声信号復号化装置の動作環境によって前記第1復号化ユニットで復元された信号と前記第2復号化ユニットで復元された信号とを演算する演算ユニットと、
前記第1復号化ユニットから出力される線形予測符号化係数を利用して前記演算ユニットから出力される信号を合成して音声信号を復元する音声信号復元ユニットと、を含み、
前記第1復号化ユニットは、
前記基本階層での符号化情報に含まれている線形予測符号化係数の量子化情報をデコードする線形予測符号化係数の複合化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第1固定コードブック復号化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている適応コードブックインデックスをデコードする適応コードブック復号化部と、
前記基本階層での符号化情報に含まれている固定コードブック利得値と適応コードブック利得値とをそれぞれデコードする利得値復号化部と、を含み、
前記第2復号化ユニットは、
前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックのログスケール利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする第2固定コードブック復号化部と、を含み、
前記演算ユニットは、
前記第2固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた音質向上階層の固定コードブックと前記第1固定コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の固定コードブックとを加算する第1加算器と、
前記音声信号復号化装置の動作条件によって前記第1加算器から出力される信号または前記第1固定コードブック復号化部から出力される前記デコードされた基本階層の固定コードブックを選択的に伝送する選択スイッチと、
前記選択スイッチから出力される信号と適応コードブック復号化部から出力されるデコードされた基本階層の適応コードブックとを加算する第2加算器と、を含み、
前記音声信号復元ユニットは、
前記線形予測符号化係数を利用して前記第2加算器から出力される信号を合成する合成フィルタと、
前記線形予測係数と前記合成フィルタから出力される信号とを利用して前記復元された音声信号を得るための後処理ユニットと、を含む音声信号復号化装置。 In the audio signal decoding device for decoding an audio signal encoded by the encoding device according to any one of claims 1 to 3 , divided into a basic layer and at least one sound quality improvement layer,
A first decoding unit for decoding encoded information in a base layer of the encoded audio signal;
A second decoding unit for restoring encoded information in a sound quality enhancement layer of the encoded audio signal according to an operating environment of the audio signal decoding device;
An arithmetic unit for calculating a signal restored by the first decoding unit and a signal restored by the second decoding unit according to an operating environment of the audio signal decoding device;
An audio signal restoration unit that synthesizes a signal output from the arithmetic unit using a linear predictive coding coefficient output from the first decoding unit and restores an audio signal;
The first decoding unit is
A linear predictive coding coefficient composite unit for decoding quantization information of the linear predictive coding coefficient included in the coding information in the base layer;
A first fixed codebook decoding unit for decoding a fixed codebook index included in the encoding information in the base layer;
An adaptive codebook decoding unit for decoding an adaptive codebook index included in the encoding information in the base layer;
A gain value decoding unit that respectively decodes a fixed codebook gain value and an adaptive codebook gain value included in the encoding information in the base layer,
The second decoding unit is
A gain value difference decoding unit for decoding quantization information of a difference between log scale gain values of a fixed codebook included in the encoding information in the sound quality enhancement layer;
Look including a second fixed codebook decoding unit decoding a fixed codebook index included in the coding information in the speech quality enhancement layer,
The arithmetic unit is
The decoded fixed codebook of the sound quality enhancement layer output from the second fixed codebook decoding unit and the decoded basic layer fixed codebook output from the first fixed codebook decoding unit are added. A first adder;
The signal output from the first adder or the decoded base layer fixed codebook output from the first fixed codebook decoding unit is selectively transmitted according to operating conditions of the audio signal decoding apparatus. A selection switch;
A second adder for adding the signal output from the selection switch and the adaptive codebook of the decoded base layer output from the adaptive codebook decoding unit;
The audio signal restoration unit includes:
A synthesis filter that synthesizes a signal output from the second adder using the linear predictive coding coefficient;
The linear prediction coefficient and the post-processing unit for obtaining an audio signal by using a signal output from the synthesis filter is the recovered, the including audio signal decoding apparatus.
前記音声向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックログスケール利得値間の差の量子化情報をデコードする利得値差の復号化部と、
前記音質向上階層での符号化情報に含まれている固定コードブックインデックスをデコードする固定コードブック復号化部と、を含む請求項4に記載の音声信号復号化装置。 The second decoding unit is
A gain value difference decoding unit for decoding quantization information of a difference between fixed codebook log scale gain values included in encoding information in the speech enhancement layer;
The audio signal decoding apparatus according to claim 4 , further comprising: a fixed codebook decoding unit that decodes a fixed codebook index included in the encoded information in the sound quality enhancement layer.
基本階層から入力された音声信号の線形予測係数を抽出し、固定コードブック探索及び適応コードブック探索により前記入力された音声信号に対応する励起信号を生成する段階と、
音質向上階層で前記基本階層の固定コードブック探索対象信号から基本階層の固定コードブック寄与度を除去した信号を音質向上階層の固定コードブック探索対象信号として、固定コードブックを探索する段階と、
前記基本階層処理段階と前記音質向上階層処理段階と、により生成される信号を多重化する段階と、を含む音声信号符号化方法。 The speech signal encoding method by the encoding device according to claim 1 ,
Extracting a linear prediction coefficient of a speech signal input from a basic layer and generating an excitation signal corresponding to the input speech signal by a fixed codebook search and an adaptive codebook search;
Searching for a fixed codebook using a signal obtained by removing the fixed codebook contribution of the basic layer from the fixed codebook search target signal of the basic layer in the sound quality improving layer as a fixed codebook search target signal of the sound quality improving layer; and
A speech signal encoding method comprising: multiplexing a signal generated by the basic layer processing step and the sound quality improvement layer processing step.
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