用于信息編碼的概念制造技術

本發明專利技術提供了一種用于對信息信號編碼的信息編碼器，包括：分析器，用于分析信息信號，以獲得預測多項式A(z)的線性預測系數；轉換器，用于將預測多項式A(z)的線性預測系數轉換為預測多項式A(z)的頻譜頻率表示的頻率值f

Concepts for information coding

【技術實現步驟摘要】
用于信息編碼的概念本申請是申請日為2015年2月9日的國際申請PCT/EP2015/052634于2016年9月6日進入中國國家階段的中國專利技術專利申請No.201580012260.3的分案申請。
技術介紹
語音編碼中最常用的范例是代數碼激勵線性預測(ACELP)，其在諸如AMR族、G.718和MPEGUSAC[1-3]之類的標準中使用。其基于使用源模型對語音建模，包含用于對頻譜包絡進行建模的線性預測器(LP)、用于對基頻進行建模的長期預測器(LTP)以及針對殘留的代數碼本。線性預測模型的系數對于量化是非常靈敏的，由此通常在量化之前首先將它們變換為線譜頻率(LSF)或導抗譜頻率(ImittanceSpectralFrequencies，即ISF)。LSF/ISF域對于量化誤差是魯棒的；且在這些域中，可以容易地保留預測器的穩定性，由此其提供了用于量化的合適域[4]。可以如下根據具有階數m的線性預測多項式A(z)來獲得在下文中被稱為頻率值的LSF/ISF。將線性頻譜對多項式定義為：P(z)＝A(z)+z-m-1A(z-1)Q(z)＝A(z)-z-m-1A(z-1)(1)其中，對于線譜對來說，l＝1，且對于導抗譜對表示來說，1＝0，但是原則上任何l≥0是有效的。在下文中，從而將僅假設l≥0。注意到：可以始終使用A(z)＝1/2[P(z)+Q(z)]來重構原始預測器。從而多項式P(z)和Q(z)包含A(z)的所有信息。LSP/ISP多項式的中心特性是：當且僅當A(z)的所有根都在單位圓內，P(z)和Q(z)的根才在單位圓上交錯。由于P(z)和Q(z)的根在單位圓上，可以僅用其角度來表示它們。這些角度對應于頻率，且由于P(z)和Q(z)的頻譜在其對數幅度頻譜中與根相對應的頻率處具有垂直的線，這些根被稱為頻率值。由此可見，頻率值對預測器A(z)的所有信息進行編碼。此外，已發現頻率值對于量化誤差來說是魯棒的，使得頻率值之一的小誤差產生了重構預測器的頻譜中的小誤差，其在頻譜中對應頻率附近局部化。由于這些有利特性，LSF或ISF域中的量化在所有主流語音編解碼器[1-3]中使用。然而，使用頻率值時的挑戰之一是根據多項式P(z)和Q(z)的系數高效地找到頻率值的位置。歸根結底，找到多項式的根是經典難題。之前提出的用于該任務的方法包括以下方案：·早期方案之一使用了零駐留在單位圓上這一事實，由此它們表現為幅度頻譜中的零[5]。通過取P(z)和Q(z)的系數的離散傅立葉變換，從而可以在幅度頻譜中搜索波谷。每個波谷指示了根的位置，且如果對頻譜進行重復上采樣，則可以找到所有的根。然而該方法僅得到了近似位置，因為難以根據波谷位置來確定精確的位置。·最常用的方案基于切比雪夫多項式，且在[6]中提出。其依賴于以下認識：多項式P(z)和Q(z)分別是對稱和反對稱，由此它們包含大量冗余信息。通過移除在z＝±1處的瑣碎零且代入x＝z+z-1(其被稱為切比雪夫變換)，可以將多項式變換為備選表示FP(x)和FQ(x)。這些多項式的階數是P(z)和Q(z)的階數的一半，且它們在范圍-2到+2上僅具有實數根。注意到：當x為實數時，多項式FP(x)和FQ(x)是實值的。此外，由于根是簡單的，FP(x)和FQ(x)將在其每個根處具有零交點(zero-crossing)。在諸如AMR-WB之類的語音編解碼中，應用該方案，使得在實數軸上的固定網格上對多項式FP(x)和FQ(x)求值，以找到所有零交點。通過在零交點附近進行線性插值對根位置進一步求精。該方案的優點是由于省略了冗余系數而導致降低了復雜度。盡管上述方法在現有編解碼器中足夠有效，但它們確實具有大量的問題。
技術實現思路
要解決的問題是提供改進的用于信息編碼的概念。在第一方案中，該問題是由用于對信息信號編碼的信息編碼器來解決的。該信息編碼器包括：分析器，用于分析信息信號，以獲得預測多項式A(z)的線性預測系數；轉換器，用于將預測多項式A(z)的線性預測系數轉換為預測多項式A(z)的頻譜頻率表示的頻率值，其中，所述轉換器被配置為通過分析如下定義的一對多項式P(z)和Q(z)來確定頻率值：P(z)＝A(z)+z-m-1A(z-1)以及Q(z)＝A(z)-z-m+1A(z-1)，其中，m是預測多項式A(z)的階數，且l大于等于零，其中，轉換器被配置為通過建立根據P(z)導出的嚴格實頻譜和根據Q(z)導出的嚴格虛頻譜，并通過識別根據P(z)導出的嚴格實頻譜和根據Q(z)導出的嚴格虛頻譜中的零，來獲得頻率值；量化器，用于根據頻率值來獲得量化頻率值；以及比特流產生器，用于產生包括量化頻率值在內的比特流。根據本專利技術的信息編碼器使用零交點搜索，反之根據現有技術的用于尋找根的頻譜方案依賴于找到幅度頻譜中的波谷。然而，當搜索波谷時，準確度比在搜索零交點時差。考慮例如序列[4，2，1，2，3]。清楚的是，最小值是第三個元素，由此零將位于第二個和第四個元素之間某處。換言之，不可能確定零是在第三個元素的左側還是右側。然而，如果考慮序列[4，2，1，一2，-3]，可以立刻看到零交點在第三個和第四個元素之間，由此將我們的誤差余量減半。由此可見：使用幅度頻譜方案，需要將分析點的數量加倍以獲得與零交點搜索相同的準確度。與對幅度|P(z)|和|Q(z)|求值相比，零交點方案在準確度方面具有顯著的優勢。考慮例如序列3，2，-1，-2。使用零交點方案，顯而易見的是零位于2和-1之間。然而，通過研究對應幅度序列3，2，1，2，僅可以推斷出零位于第二個和最后一個元素之間某處。換言之，使用零交點方案，與基于幅度的方案相比將準確度加倍。此外，根據本專利技術的信息編碼器可以使用長預測器，例如m＝128。與此相對，切比雪夫變換僅在A(z)的長度相對小(例如，m≤20)的時候才充分執行。對于長預測器，切比雪夫變換是數值不穩定的，由此該算法的實際實現是不可能的。因此所提出的信息編碼器的主要特性是：可以獲得與基于切比雪夫的方法一樣高或更好的準確度，因為搜索零交點，且由于進行了時域到頻域的轉換，使得可以用非常低的計算復雜度來找到零。作為結果，根據本專利技術的信息編碼器不僅更準確地確定零(根)，還具有低計算復雜度。根據本專利技術的信息編碼器可以在需要確定序列的線譜的任何信號處理應用中使用。本文中，該信息編碼器在語音編碼的上下文中示例討論。本專利技術適用于語音、音頻和/或視頻編碼設備或應用，其采用了用于對頻譜幅度包絡、感知頻率遮蔽閾值、時間幅度包絡、感知時間遮蔽閾值、或其他包絡形狀、或等價于包絡形狀的其他表示(例如，自相關信號)進行建模的線性預測器，其使用線譜來表示包絡的信息，用于編碼、分析或處理，其需要用于根據輸入信號(例如語音或通用音頻信號)來確定線譜的方法，且其中，輸入信號被表示為數字濾波器或其他數列。信息信號可以是例如音頻信號或視頻信號。頻率值可以是線譜頻率或導抗譜頻率。在比特流內發送的量化頻率值將使得解本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種用于對信息信號(IS)編碼的信息編碼器，所述信息編碼器(1)包括：/n分析器(2)，用于分析信息信號(IS)，以獲得預測多項式A(z)的線性預測系數；/n轉換器(3)，用于將預測多項式A(z)的線性預測系數轉換為預測多項式A(z)的頻譜頻率表示的頻率值f

【技術特征摘要】
20140307 EP 14158396.3;20140728 EP 14178789.51.一種用于對信息信號(IS)編碼的信息編碼器，所述信息編碼器(1)包括：
分析器(2)，用于分析信息信號(IS)，以獲得預測多項式A(z)的線性預測系數；
轉換器(3)，用于將預測多項式A(z)的線性預測系數轉換為預測多項式A(z)的頻譜頻率表示的頻率值f1...fn，其中，所述轉換器(3)被配置為通過分析如下定義的一對多項式P(z)和Q(z)來確定頻率值f1...fn：
P(z)＝A(z)+z-m-1A(z-1)以及
Q(z)＝A(z)-z-m-1A(z-1)，
其中，m是預測多項式A(z)的階數，且1大于等于零，其中，所述轉換器(3)被配置為通過建立根據P(z)導出的嚴格實頻譜(RES)和根據Q(z)導出的嚴格虛頻譜(IES)，并通過識別根據P(z)導出的嚴格實頻譜(RES)和根據Q(z)導出的嚴格虛頻譜(IES)中的零，來獲得頻率值(f1...fn)；
量化器(4)，用于根據頻率值(f1...fn)來獲得量化頻率(fq1...fqn)值；以及
比特流產生器(5)，用于產生包括量化頻率值(fq1...fqn)在內的比特流。


2.根據權利要求1所述的信息編碼器，其中，所述轉換器(3)包括：確定設備(6)，用于根據所述預測多項式A(z)來確定多項式P(z)和Q(z)。


3.根據權利要求1所述的信息編碼器，其中，所述轉換器(3)包括：零識別器(9)，用于識別根據P(z)導出的嚴格實頻譜(RES)和根據Q(z)導出的嚴格虛頻譜(IES)中的零。


4.根據權利要求3所述的信息編碼器，其中，所述零識別器(9)被配置為通過以下方式來識別零：
a)在零頻率上以實頻譜(RES)開始；
b)增加頻率，直到找到實頻譜(RES)上的符號改變為止；
c)增加頻率，直到找到虛頻譜(IES)上的另一符號改變為止；以及
d)重復步驟b)和c)，直...

【專利技術屬性】
技術研發人員：湯姆·巴克斯特倫，克里斯蒂安·弗斯徹彼得森，尤納斯·弗斯徹，馬蒂亞斯·哈特伯格，阿爾弗索·皮諾，
申請(專利權)人：弗勞恩霍夫應用研究促進協會，
類型：發明
國別省市：德國;DE