[发明专利]一种定速率自适应多速率编码器及编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及自适应多速率编码器及其编码方法，具体涉及到自适应多速率编码器在以定速率方式完成可多速率的编码时，编码方和解码方的一致性问题。

背景技术

码激励线性预测编码器自1985年被提出以来得到了广泛的应用。在码分多址(CDMA)和通用移动通信系统(UMTS)的声码器中都使用了码激励线性预测编码器的技术。

码激励线性预测包括了线性预测和量化、自适应码书搜索和固定码书搜索。因为语音本身有静默期，可以通过降低这些静默期间的数据速率有效压缩语音数据的传输速率，高通公司的申请号为92104618.9的可变速率声码器的专利就是关于上述方法的一个方案。

在UMTS中使用了自适应多速率(AMR)语音编码，自适应多速率(AMR)语音编码是3GPP(第三代移动通信伙伴计划)制定的应用于第三代移动通信中的语音压缩编码，自适应多速率(AMR)语音编码又分为自适应多速率窄带(AMR-NB)语音编码、自适应多速率宽带(AMR-WB)语音编码和自适应多速率宽带改进型(AMR-WB+)语音编码，这些编码方法都基于码书激励线性线性预测技术。自适应多速率(AMR)编解码方式中采用的码书激励线性预测编码器将一个话音信号帧分成若干个子帧，进行线性预测和量化、自适应码书搜索和量化以及固定码书搜索和量化。AMR-NB(自适应多速率窄带)语音编码支持八种速率的编码速率：12.2、10.2、7.95、7.40、6.70、5.90、5.15、4.75kb/s(千比特/秒)，以及低速率(1.80kb/s)的背景噪声编码速率，3GPP的TS26.071-500的章节5的表格1(Table1)给出了上述这些自适应多速率窄带的速率的对应缩写:AMR_12.20、AMR_10.20、AMR_7.95、AMR_7.40、AMR_6.70、AMR_5.90、AMR_5.15、AMR_4.75以及AMR_SID；自适应多速率宽带(AMR-WB)语音编码也支持八种速率的编码速率：23.85、23.05、19.85、18.25、15.85、14.25、12.65、8.85、6.6kb/s，以及低速率(1.75kb/s)的背景噪声编码速率，3GPP的TS26.171-500的章节5的表格1(Table1)给出了上述这些自适应多速率宽带的速率的对应缩写：AMR-WB_23.85、AMR-WB_23.05、AMR-WB_19.85、AMR-WB_18.25、AMR-WB_15.85、AMR-WB_14.25、AMR-WB_12.65、AMR-WB_8.85、AMR-WB_6.60以及AMR-WB_SID。

线性预测和量化包括了：将采样得到的话音信号帧或经过预处理的话音信号帧组成一个序列，用一个窗函数乘该序列中的声音样本，以提供一个加窗的声音数据帧；由所述加窗的声音数据帧计算一组自相关系数；用莱文逊—杜宾(Levinson-Durbin)算法由所述自相关系数组计算一组线性预测系数：将所述线性预测系数组转换到另一个频谱域；根据编码指令中的速率量化所述转换到另一个频谱域上的系数组，例如，10阶的一组线频谱对(LSP)的值，或16阶的一组声抗纳频谱对(ISP)的值，关于线频谱对(LSP)，最早在宋和江发表于国际语言语音和信号处理会议(ICASSP)′84中的文章“线频谱对(LSP)和语音数据压缩”中有说明，高通公司的申请号为92104618.9的可变速率声码器的专利中也有说明，在3GPP的TS(技术规范)26090和3GPP2的C.S0014-A中也都有说明，关于声抗纳频谱对(ISP)，可以在3GPP的TS26190的5.2.3章节-线性预测系数到声抗纳频谱对转换(LP to ISP Conversion)中找到说明。

在码激励线性预测编码过程中，自适应码书搜索和固定码书搜索得到的最佳码书矢量信号乘以各自的最佳增益后相加，其和为激励信号。激励信号是编码过程中一定要使用的，码激励线性预测编码是搜索与原始语音之间误差最小的基于激励信号的合成语音。

自适应多速率窄带(AMR-NB)和自适应多速率宽带(AMR-WB)都包括了自适应码书搜索的过程，3GPP的TS26.090对自适应多速率窄带的自适应码书搜索作了说明，例如，TS26.090-310版本的5.6节；TS26.190对自适应多速率宽带的自适应码书搜索作了说明。自适应码书搜索包含了基于以前激励信号的闭环基音(pitch)搜索和此后的按选定的整数和分数基音延迟进行的内插以前激励信号得到自适应码书矢量的计算。