語音信號傳輸方法及語音編碼和解碼系統的制作方法

專利名稱：語音信號傳輸方法及語音編碼和解碼系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括一語音編碼設備及一語音解碼設備的一種語音編碼和解碼系統，及使用該系統的語音信號傳輸方法。更具體地說，本發明涉及一種具有VOX(話音控制發射機)功能的語音編碼和解碼系統，其只有當說話者發出聲時數據才會被發射。
在語音編碼和解碼系統中，講話者的語音被一語音編碼設備編碼，且被編碼的數據被發送到一語音解碼設備，然后該數據被語音解碼設備解碼并由其輸出，為了減少功率耗散或有效地使用電路頻帶常常設置話音控制發射機功能。這個音控發射機功能使由編碼設備一方向解碼設備一方的數據傳輸僅在一語音數據組周期內進行，也就是，在講話者說話發聲的一周期內。在一間歇周期內，也就是，在其中沒有任何聲音被輸入編碼裝置的一周期內，編碼設備停止它的傳輸。而在解碼設備方面，一種背景噪聲被產生并被輸出以消除由于使用音控發射機功能產生的不自然的語音通信。
如剛描述的具有VOX功能的一種語音編碼和解碼系統，例如，在日本專利公開申請號5-122165(JP，A，5-122165)(文獻1)公開的一種系統，其中，當檢測到語音數據組周期時，先發送一前置信號，然后發送語音的編碼數據，但是當檢測到一間歇周期時，發送一后置信號，同時在解碼設備端，根據后置所接收到的后置信號背景噪聲的輸出可切換地啟動。
下面，描述使用數字無線傳輸的一種常規語音編碼和解碼系統。

圖1示出了語音編碼設備的一種結構，也就是，常規語音編碼和解碼系統的發送方設備。在數字無線傳輸系統中，輸入到編碼設備的語音信號被阻斷并被處理為稱作幀的各數據序列。例如，幀的時間長度是40ms(毫秒)。
作為語音信號的輸入端的一傳聲器與這個語音編碼設備91連接。發射電路15與語音編碼設備91的一輸入端連接，且發射天線11與發射電路15連接。發射電路15設置用于將語音編碼設備91的輸出信號轉換為一適當頻率的無線電信號并由發射天線11向接收方發射該信號。
在語音編碼設備91中，自傳聲器1輸入的語音信號被輸入至一頻譜包絡部分2用于分析語音信號的頻譜包絡，語音數據組周期檢測部分3用于判別當時幀是否是一語音數據組周期或是一間歇周期，及執行高效率語音信號編碼的高效編碼部分14。頻譜包絡分析部分2的一輸出與高效編碼部分14的一輸入連接，并且也與頻譜系數量化部分6的一輸入相連，且還有頻譜系數量化部分6的一輸出被輸入到高效編碼部分14。與發射電路15連接的數據切換部分10被設置在高效編碼部分14的一輸出端上。還有構成特定字產生部分35的前置產生部分8和后置產生部分9與數據切換部分10連接。數據切換部分10接通通過發射電路15將由發射天線11發射的信號或中止發射根據后面將描述的語音數據組周期檢測部分3的檢測結果。數據切換部分10的一個輸出作為語音編碼設備91的一輸出饋送至發射電路15。
通過輸入到語音編碼裝置91的一幀語音信號，該語音信號自身的頻譜包絡被頻譜包絡分析部分2分析并且被計算出一頻譜系數。這里，頻譜系數是表示語音信號頻譜的一特征量。對于頻譜系數，例如，在SadaodiFURUI“數字語音處理”(Digital Speach Processing)中第60-62頁公開的線性預測系數(LPC)，Tokai大學出版社，第一版，1985年9月25日(后面稱為“文獻2”)，同樣在文獻2第73-78頁中公開的PARCOR(部分自相關)系數，或同樣在文獻2第89-92頁中公開的可使用的LSP(線性頻譜對)。
由頻譜包絡分析部分2計算的頻譜系數被輸入到頻譜系數量化部分6并被量化以計算一量化的頻譜系數。更具體地說，頻譜系數量化部分6保留預先產生的作為編碼簿的數據，并從該編碼簿中選擇出最接近該頻譜系數的數據。
由所選擇的數據表示的該頻譜系數被稱作量化頻譜系數。在下面的描述中，為了確保清楚地與量化頻譜系數區別，由頻譜包絡分析部分2輸出的不在量化狀態的頻譜系數在后面稱為“非量化頻譜系數”。此外，提供量化頻譜系數的編碼簿的一個碼字被稱作“量化頻譜碼字”。
非量化頻譜系數和以這種方式計算出的量化頻譜系數與語音信號一起被輸入到高效編碼部分14，通過高效編碼部分14它們被高效編碼，此后它們被輸入到數據切換部分10。
如上面所描述的，自傳聲器1輸入的一幀語音信號也被輸入到語音數據組周期檢測部分3，由其判別當時幀是否是在其中發布聲音的語音數據組周期或是一在其中沒有聲音發出的間歇周期。由語音數據組周期檢測部分3檢測出的結果被輸入到數據切換部分10。如果判定當時幀是一語音數據組周期，那么數據切換部分10選擇由高效編碼部分14輸出的高效編碼。其結果，高效編碼通過發射電路15和發射天線11被朝向接收方發射，也就是，朝著解碼設備方。在當時幀是語音數據周期而且高效編碼繼續從發射天線11發射的一種狀態被稱作“語音數據組處理狀態，而在語音數據組周期產生的高效編碼被稱作“語音數據組編碼信號”。
在另一方面，如果前面的幀是一語音數據組周期，并且由語音數據組周期檢測部分3判定當時幀是一間歇周期，那么將執行下面的處理過程。首先，在當時幀中，后置產生部分9產生稱為后置信號的一幀，并通過數據切換部分10由發射天線11發射該后置信號。在下一幀中，由傳聲器1輸入的靜默語音信號以與在語音數據組周期高頻編碼相似的方式被高效編碼部分14高效編碼，該碼由發射天線11發射。在這個情況中發射的信號被稱作“背景噪聲替代信號”。在背景噪聲替代碼被發射之后，該編碼設備方在一個T幀時間間隔周期內中斷它的發射。在T幀后，后置信號和背景噪聲替代信號被再一次發射，然后發射被中斷T幀。這樣一個操作順序被重復。這里，T是預先確定的自然數。
其中后置信號和背景噪聲替代信號被發射然后發射被中止T幀周期的操作順序并以這種方式被重復的狀態被稱作“間歇處理狀態”。然而，盡管在間歇處理狀態中發射被中斷，語音數據組周期檢測部分3一直進行語音數據組周期的檢測，且如果檢測到語音數據組，那么由前置產生部分8產生稱為前置信號的幀。然后，前置信號通過切換開關10從發射天線11發射，且在前置信號后面的幀中，由高效編碼部分14產生的高效碼被連續地發射。
后置信號和前置信號不是由高效編碼部分14正常產生的信號，那些后置信號和前置信號總起來稱作“特定字”。
圖2是表示語音解碼設備結構的一方框圖，也就是，在接收方的一設備。所示語音解碼設置92是與圖1所示語音編碼設備91成對使用的。
接收天線20通過接收電路33與語音解碼設備92連接。接收天線20設置用于接收由語音編碼設備91(圖1)發射的信號。此外，為了輸出解碼的語音，一揚聲器30與語音解碼設備92連接。
在語音解碼設備92中，由接收天線20輸入的接收信號通過接收電路33被饋送至進行高效語音解碼的高效語音解碼部分22、檢測特定字的特定字檢測部分23、及為背景噪聲的產生需要保留參數的背景噪聲參數存儲部分24。語音解碼設備92還包括用于合成背景噪聲的背景噪聲合成部分29，及用于選擇地向揚聲器30輸出由背景噪聲合成部分29輸出的背景噪聲或輸出由高效語音解碼部分22解碼的語音的開關21。語音解碼設備92還包括量化頻譜系數計算部分25和隨機殘留信號產生部分28。
特定字檢測部分23分析接收信號并判別各當時幀和下一幀是否是一語音數據組周期或一間歇周期。如果當時幀是一間歇周期，那么特定字檢測部分23檢測后置信號、一前置信號或背景噪聲替代信號。該特定字檢測部分23的語音數據組周期/間歇周期檢測方法描述如下(1)如果前面幀是一語音數據組周期而且在當時幀收到了后置信號之外的一個信號，那么當時幀是語音數據周期；(2)如果前面幀是語音數據組周期而在當時幀接收到后置信號，那么當時幀是間歇周期；(3)如果前面幀是間歇幀而且在當時幀接收到除了前置信號外的一信號，該當時幀是間歇周期；及
(4)不考慮上面所述三個準則(1)-(3)，如果前面幀是一間歇幀而且在當時幀接收到報頭信號，那么當時幀是一間歇周期，且下一幀必定變為語音數據組周期。
同時，當特定字檢測部分23檢測來自一接收信號內的一信號時的準則如下(a)如果接收到被認為是后置信號的一信號，那么一后置信號被檢測當時幀是否是一語音數據組周期或一間歇周期；(b)如果在間歇周期內接收到可能被認為是前置信號的信號，那么前置信號被檢測；(c)然而，如果在一語音數據組周期接收到一可能被認為是前置信號的信號，那么語音數據組碼信號被檢測；及(d)如果在一間歇周期，在前面幀檢測到一后置信號，且在當時周期沒有接收到能被認為是報頭信號的一信號，那么在當時幀背景噪聲替代信號被檢測。
特定字檢測部分23的檢測輸出被提供給背景噪聲參數存儲部分24，并也被提供給開關24用于開關21的切換。如果特定字檢測部分23判定當時幀是一語音數據組周期，那么語音數據組碼信號被高效語音解碼部分22解碼。然后，開關21被切換接通致使來自高效語音解碼部分22的解碼語音可以自揚聲器30輸出。
下面，描述當特定字檢測部分23判定當時幀是間歇周期時的操作。
在判定當時幀是間歇周期后，先從背景噪聲參數存儲器部分24讀出參數。在讀出的參數中，一量化頻譜系數被輸入至量化頻譜系數計算部分25，通過它被轉換為一量化頻譜系數，在這之后它被輸入到背景噪聲合成部分29。除了對應于一殘留信號外，其余參數被直接從背景噪聲參數存儲部分24輸入到背景噪聲合成部分29。對應于殘留信號的參數沒有自背景噪聲參數存儲部分24輸入到背景噪聲合成部分29，而化之以由隨機殘留信號產生部分28產生的隨機殘留信號被輸入到背景噪聲合成部分29。根據來自背景噪聲參數存儲部分24、量化頻譜系數計算部分25和隨機殘留信號產生部分28的輸入，背景噪聲合成部分29產生一背景噪聲信號。然后，當由特定字檢測部分23判字當時幀是一間歇周期時，開關21被切換接通致使由背景噪聲合成部分29產生的背景噪聲由揚聲器30輸出。
背景噪聲參數存儲部分24是用于保存合成背景噪聲所需參數的一存儲器。如果特定字檢測部分23判定當時幀的接收信號是一背景噪聲替代信號，那么該背景噪聲替代信號被輸入至背景噪聲參數存儲部分24。接下來，背景噪聲參數存儲部分24的內容被替代為根據背景噪聲替代信號確定的背景噪聲參數。
下面結合流程圖描述常規語音編碼和解碼系統的操作。圖3圖示出在發射方語音編碼設備91的處理過程。
假設語音信號是一幀接一幀輸入的，語音信號自身的頻譜包絡被頻譜包絡分析部分2分析并在步驟201先計算頻譜系數。然后這個頻譜系數(非量化頻譜系數)在步驟202由頻譜系數量化部分6量化，從而得到一量化頻譜系數。
一幀語音信號也被輸入到語音數據組周期檢測部分3，且在步驟203，由語音數據組周期檢測部分3判別當時幀是否是一語音數據組周期或一間歇周期。然后，根據非量化頻譜系數、量化頻譜系數和輸入語音信號，在步驟204由高效編碼部分14進行高效編碼。
如果在步驟203判定當時幀是一語音數據組周期，那么控制順序進入到步驟206，在步驟206中數據切換部分10選擇由高效編碼部分14輸出的高效碼，且這個高效碼由發射天線11向解碼設備方發射。
另一方面，如果在步驟203中確定當時幀是一間歇周期，那么通過特定字產生部分35也就是，通過前置產生部分8和后置產生部分9的處理過程在步驟205中完成。尤其是在當時幀中，由后置產生部分9產生一后置信號，而在步驟206中，該后置信號通過數據切換部分10被從發射天線11發射。在下一幀中，由傳聲器1輸入的靜默語音信號被高效編碼部分14以與步驟204中語音數據組周期高效編碼的相同方式高效編碼，而產生的碼在步驟206由發射天線11發射。
在背景噪聲替代信號被發射之后，語音編碼設備91在一預定的時間間隔的T幀周期內停止它的發射。在T幀周期過去后，語音編碼設備91再一次發射后置信號和背景噪聲替代信號，然后再將它的發射中斷另一T幀周期，且重復這樣一個操作順序。
應注意到，同樣當發射停止時，在步驟203中語音數據組周期的檢測仍是連續進行的，且如果檢測到從一間歇周期到一語音數據組周期的轉變，那么在步驟205中，由包括在特定字產生部分35內的前置產生部分8產生一前置信號。然后，在當時幀中，該前置信號在步驟206中通過數據切換部分10被從發射天線11發射。接著，在下面的幀中，由高效編碼部分14產生的高效編碼在步驟204和206繼續被發射。
下面，結合圖4描述在接收方語音解碼設備92的處理過程。
由編碼設備發送并被接收天線20接收的一接收信號通過接收電路33被饋送至高效語音解碼部分22和特定字檢測部分23。在步驟251，首先，接收信號被特定字檢測部分23分析以判字各當時幀和下一幀是否是一語音數據組周期或一間歇周期。如果判定當時幀和下一幀二者是間歇周期，那么在步驟253中判別接收信號是否是一特定字(即，后置信號或前置信號)。如果接收信號不是一特定字，那么在步驟254判別接收編碼是否是一背景噪聲替代信號(用于替代背景噪聲的數據)。如果在步驟254判定接收信號是一背景噪聲替代信號，那么在步驟255背景噪聲參數存儲部分24的內容被更新。
如果在步驟251判定當時幀是一語音數據組周期，在步驟252高效語音解碼部分22對接收信號(在這個例子中是高效碼)解碼以產生一解碼語音信號，且在步驟259開關21被切換接通致使解碼的語音可以從揚聲器30輸出。然后，輸出解碼語音信號。
下面，描述在步驟251中當特定字檢測部分23判字當時幀是間歇周期時的操作。
首先，執行前面描述的在步驟253、254和255中的處理過程。在步驟256中，量化頻譜碼字被從背景噪聲參數存儲部分24讀出并輸入到量化頻譜系數計算部分25，通過它量化頻譜碼字被轉化為量化頻譜系數。然后在步驟257中，隨機殘留信號產生部分28產生一隨機殘留信號，且在步驟258中，背景噪聲合成部分29從來自背景噪聲參數存儲部分24、量化頻譜系數計算部分25和隨機殘留信號產生部分28的輸入中產生一背景噪聲信號。因為當時幀是間歇周期，開關21被切換到背景噪聲合成部分29方，以便由背景噪聲合成部分29產生的背景噪聲信號從揚聲器30輸出。
然而，在上面描述的常規語音編碼和解碼系統中，在語音編碼設備的頻譜系數量化部分中設置的編碼簿通常是被優化適合于在語音數據組周期中頻譜包絡的量化，而不考慮適合于間歇周期的量化。由于常規系統使用這樣一個如前面所描述的語音數據周期優化的編碼簿來量化在間歇周期的頻譜包絡，所以在間歇周期的背景噪聲產生一不熟悉的感覺。最后，常規語音編碼和解碼系統有個問題，也就是在間歇期間由語音解碼設備輸出的背景噪聲中產生有異常的聲音。
本發明的目的是提供一種適用于執行話音控制發射的語音編碼和解碼系統的語音信號傳輸方法，通過該方法可產生背景噪聲。并能減少將在接收方輸出的背景噪聲的不熟悉感覺。
本發明的另一目的是提供一種為產生背景噪聲進行音控發射機(VOX)處理過程的語音編碼和解碼系統。其能減少在接收方輸出的背景噪聲的不熟悉感覺。
上述的本發明的第一目的是通過一語音信號傳輸方法獲得的，在發射方，輸入語音信號被編碼并作為編碼數據發送至接收方，且在接收方，該編碼數據被解碼并作為一輸出語音信號輸出，包括的步驟為在發射方檢測輸入語音信號的間歇周期，在發射方間歇周期內通過編碼語音輸入信號產生一背景噪聲替代信號，在發射方間歇周期內從輸入語音信號中計算量化頻譜、非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡，在自發射方向接收方發射背景噪聲替代信號之后在發射方中斷一預定周期的發射，并在預定的周期內在接收方根據接收的背景噪聲替代信號產生背景噪聲作為輸出作為輸出語音信號的背景噪聲，其中當非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡間的差別大于預定門限值時，量化頻譜被改變，并基于該改變的量化頻譜產生背景噪聲替代信號。
本發明的第二個目的是通過一種語音編碼和解碼系統獲得的，該系統包括一語音編碼設備和一語音解碼設備，并執行產生背景噪聲的VOX(音控發射機)處理過程，其中語音編碼設備包括用于定量地計算語音編碼設備一輸入信號的非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡之間差別的頻譜包絡比較裝置，及用于與該差別相對應地改變量化頻譜包絡的頻譜包絡改變裝置，并使用由頻譜包絡改變裝置改變的量化頻譜包絡以便于進行背景噪聲編碼處理，然后根據量化頻譜包絡的改變向語音解碼設備方發射頻譜改變信息，而該語音解碼設備包括用于存儲接收的頻譜改變信息的頻譜改變信息存儲裝置和用于基于存儲在頻譜改變信息存儲裝置中的頻譜改變信息改變接收的量化頻譜包絡的改變的頻譜系數計算裝置，且為了產生背景噪聲，使用由改變的頻譜系數計算裝置輸出的量化頻譜。
語音編碼和解碼系統可以被設計為致使語音編碼設備還包括一第一編碼簿，具有與第一編碼簿不同內容的一第二編碼簿，用于在語音數據組周期使用第一編碼簿量化輸入信號的第一頻譜系數量化裝置，及用于在間歇期內使用第二編碼簿本來量化輸入信號的第二頻譜系數量化裝置。
這里，“量化頻譜包絡”表示由一量化頻譜系數限定的語音頻譜包絡，且“非量化頻譜包絡”表示由一非量化頻譜系數限定的語音頻譜包絡。還有在下面的描述中，這些術語以同樣的意思被使用。
在本發明，頻譜包絡比較裝置在間歇周期進行非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡間的比較。頻譜包絡改變裝置根據比較的結果改變量化頻譜包絡致使非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡間的差別能夠減小。在常規的系統中，由于間歇周期的量化頻譜系數是由對語音數據組周期優化的量化器計算的，在間歇期間該量化頻譜系數和非量化頻譜系數之間存在較大差別。然而，按照本發明，由于量化頻譜系數被頻譜包絡改變裝置改變，所以量化頻譜系數和非量化頻譜系數間的差別被減小，且背景噪聲的聲音質量被改善。
此外，在本發明中，語音編碼設備包括用于在語音數據組周期用第一編碼簿量化—輸入信號的第一頻譜系數量化裝置，及在間歇周期使用具有與第一編碼簿不同內容的第二編碼簿量化該輸入信號的第二頻譜系數量化裝置，第二頻譜系數量化裝置(即，間歇周期頻譜系數量化部分)使用用于間歇周期的小編碼簿(即第二編碼簿)進行頻譜系數的量化。此后，由頻譜包絡改變裝置進行濾波處理致使來自非量化頻譜的差別可以被降低。因此，消除了通常在間歇周期進行量化使用如用于語音數據組周期頻譜系數量化的編碼簿(即，第一編碼簿)的較大編碼簿的必要性。
本發明上述和其它目的、特征和積極效果通過下面結合說明本發明最佳實施例的附圖的描述將變得很清楚。
圖1是表示一種常規語音編碼和解碼系統的語音編碼設備的結構實例方框圖；圖2是表示一種常規語音編碼和解碼系統的語音解碼設備的結構實例方框圖；圖3是說明圖1所示語音編碼設備的操作流程圖；圖4是說明圖2所示語音解碼設備的操作流程圖；圖5是表示本發明第一實施例的語音編碼和解碼系統結構的方框圖；圖6是表示第一實施例語音編碼和解碼系統的語音編碼設備結構的方框圖；圖7是表示第一實施例語音編碼和解碼系統的語音解碼設備結構的方框圖；圖8是說明圖6所示語音編碼設備操作的流程圖；圖9是說明圖7所示語音解碼設備操作的流程圖；圖10是說明頻譜包絡改變部分處理過程的一實例的示意圖；圖11是表示本發明第二實施例語音編碼和解碼系統結構的一方框圖12是表示第二實施例的語音編碼和解碼系統的語音編碼設備結構的方框圖；圖13是表示第二實施例的語音編碼和解碼系統的語音解碼設備結構的方框圖；圖14是說明圖12中所示語音編碼設備操作的流程圖；圖15是說明圖13中所示語音解碼設備操作的流程圖。
圖15所示的本發明第一實施例的一種語音編碼和解碼系統，它被設置為設有語音編碼設備51的發射臺52和設有語音解碼設備53的接收臺54通過無線電信道相互連接，以便于通過數字無線傳輸發射編碼語音信號。傳聲器1作為一語音信號輸入端設置在發射臺52。傳聲器1與語音編碼設備51的輸入端連接。在語音編碼設備51的輸出端上設有一發射電路15，來自語音編碼設備51的編碼信號被發射電路15轉換成為一無線電信號并由發射天線11向接收臺54發射。為了減少無線發射所需的功率，當沒有任何信號從語音編碼設備51輸出時，發射電路15停止它的工作。
接收臺54包括用于接收和檢測被輸入到接收天線20的一無線電信號的接收電路33，接收電路33的輸出被輸入到語音解碼設備53。為了輸出由語音解碼設備53解碼的一語音信號，語音解碼設備53的輸出端連接一揚聲器30。
首先，參照圖6描述設在發射臺52的語音編碼設備51的結構。
語音編碼設備51不同于圖1所示的常規系統的語音編碼設備91，它包括代替該高效編碼設備的不僅為語音數據組周期而且也為間歇周期高效編碼的另一高效編碼部分7，除了圖1所示語音編碼設備的部件之外，它包括用于計算依據非量化頻譜系數的頻譜包絡和依據量化頻譜系數的另一頻譜包絡間的差別的頻譜包絡比較部分4，及用于根據頻譜包絡比較部分4比較結果改變量化頻譜包絡的頻譜包絡改變部分5。由頻譜包絡改變部分5輸出的改變量化頻譜包絡被輸入到高效編碼編部分7。在圖6中，用與圖1中同樣標號表示的部件是與圖1所示的那些相同的功能塊。
在圖6所示的語音編碼設備51中，相同于圖1所示的常規編碼設備，被輸入至傳聲器1的原始語音信號被每幀地輸入到頻譜包絡分析部分2、語音數據組周期檢測部分3和高效編碼部分7。此如，該幀長度為40ms。頻譜包絡分析部分2分析一幀原始語音信號自身的頻譜包絡并計算頻譜系數(非量化頻譜系數)。這里，頻譜系數可以是一線性預測系數、一PARCOR系數或一LSP。然后，由頻譜系數量化部分6量化非量化頻譜系數以獲得一量化頻譜系數。同時，語音數據組周期檢測部分3判別當時幀是否是一在其中發聲的語音數據周期或是在其中不發聲的間歇周期。
上面所描述的傳聲器1、頻譜包絡分析部分2、頻譜系數量化部分6和語音數據周期檢測部分3的結構和操作是與圖1所示的常規系統的語音編碼設備的那些部分相同的。
在當時幀是語音數據周期的信息由語音數據組周期的信息由語音數據組周期檢測部分3輸入到其中時，該執行高效編碼的高效編碼部分7用由傳聲器1輸入的原始語音信號，由頻譜包絡分析部分2產生的非量化頻譜系數和由頻譜系數量化部分6產生的量化頻譜系數產生一高效編碼。換句話說，來自此后將描述的頻譜包絡改變部分5的輸入并不是用于語音數據組周期的高效編碼。在語音數據組周期內，量化頻譜碼字和由原始語音信號、非量化頻譜系數和量化頻譜系數確定的高效碼組合。作為語音數據組碼信號自高效部分7輸出。然后，在當時幀是一語音數據組周期時，數據切換部分10選擇由高效編碼部分7輸出的語音數據組碼信號。因此，這個語音數據組碼信號由語音編碼設備51輸出并自發射天線11向接收臺54發射。
在另一方面，如果判定前面幀是一語音數據組周期和當時幀時一間歇周期，那么就執行下面的處理。首先，在當時幀，后置產生部分9產生一后置信號，且這個后置信號通過數據切換部分10被輸出。輸出的后置信號通過發射電路15和發射天線11被發送至接收臺54。后置產生部分9的結構和操作是與圖1所示的常規語音編碼設備的情況相同的。在下一幀中，由傳聲器1輸入的靜默語音信號以下面描述的一種方式由高效編碼部分7高效編碼，且該碼作為背景噪聲替代信號由語音編碼設備51輸出。這個背景噪聲替代信號自發射天線11向接收臺54發射。
同時，在圖1所示的常規語音編碼設備中，高效編碼部分14為語音數據組周期產生高效碼的方法和產生背景噪聲替代信號的方法是相互相同的，圖6所示實施例語音編碼設備51的高效編碼部分7按不同的產生方法產生語音數據組周期高效碼和背景噪聲替代信號。語音編碼設備51包括頻譜包絡比較部分4和頻譜包絡改變部分5，并用它們的輸出，用不同于語音數據組周期高效碼的方法產生一背景噪聲替代信號。首先，描述頻譜包絡比較部分4和頻譜包絡改變部分5。
頻譜包絡比較部分4將從由頻譜包絡分析部分2獲得的非量化頻譜系數中計算出的非量化頻譜包絡和從由頻譜系數量化部分6得到的量化頻譜系數中計算出的量化頻譜包絡相互比較以計算它們之間的差別。此外，頻譜包絡改變部分5接收由頻譜比較部分4計算的差別，并將該差別與一門限值比較。如果頻譜包絡改變部分5判別量化頻譜包絡和非量化頻譜包絡相互差別很大，那么它改變由頻譜系數量化部分6獲得的量化頻譜系數，以便于降低與非量化頻譜包絡完全一樣的差別。然后，頻譜包絡改變部分5將至此改變的量化頻譜系數和涉及改變方法的信息輸入到高效編碼部分7。在下面的描述中，改變的量化頻譜系數被稱為“改變的量化頻譜系數”，而涉及改變方法的信息被稱為“頻譜改變信息”。
高效編碼部分7用由傳聲器1輸入的原始語音信號，由頻譜包絡分析部分2產生的非量化頻譜系數和由頻譜包絡改變部分5產生的改變量化頻譜系數產生一高效碼。此外，由頻譜系數量化部分6獲得的量化頻譜系數的碼字和由頻譜包絡改變部分5產生的頻譜改變信息的碼字被加至高效碼以產生一背景噪聲替代信號，以這種方式由高效編碼部分7產生的背景噪聲替代信號被輸入到數據切換部分10并通過發射電路15和發射天線11發射。
在背景噪聲替代信號被發射以后，發射臺52中斷它的發射一預定的T幀周期。然后，T幀之后，該發射臺52再一次發射后置信號和背景噪聲替代信號，然后停止它的發射一T幀周期。重復這個順序操作。
然而，當發射被中斷時，語音編碼部分51按語音數據組周期檢測部分3的方式繼續進行語音數據組周期的檢測，而且當判定當時幀是語音數據組周期時，由前置信號產生部分8產生一前置信號。其結果，這個前置信號通過數據切換部分10由語音編碼設備51輸出并被發送到發射電路15和發射天線11。然后，在下面的幀中，由高效編碼部分7產生的語音數據組碼信號連續地由語音編碼設備51輸出。因此，語音數據組信號被發射電路15和發射天線11連續地發射。前置產生部分8的結構和操作是與圖1所示常規語音編碼設備相同的。
下面，參照圖7描述語音解碼設備53的結構。除了圖2所示常規語音解碼設備的部件之外，語音解碼設備53還包括用于接收一接收信號和語音數據組周期檢測部分3的檢測結果，并存儲頻譜改變信息的頻譜改變信息存儲部分27，及一改變頻譜系數計算部分26，它用于接收來自量化頻譜系數計算部分25的量化頻譜系數。并根據存儲在頻譜改變信息存儲部分27內的頻譜改變信息來改變輸入的量化頻譜系數。量化頻譜系數計算部分25的輸出不是直接地輸入到背景噪聲合成部分29，而代之以，改變頻譜系數計算部分26的輸出被輸入到背景噪聲合成部分29。在圖7中，那些用與圖2中相同標號表示的部件是與圖2中那些相同的功能塊。
輸入到接收天線20并被接收電路33接收并檢測的一信號被輸入到高效語音解碼部分22、特定字檢測部分23、背景噪聲參數存儲部分24及頻譜改變信息存儲部分27。特定字檢測部分23分析接收信號并判別各當時幀和下一幀是否是一語音數據組周期或是一間歇周期。在當時幀或下一幀是間歇周期時，一后置信號、一前置信號或一背景噪聲替代信號被檢測。特定字檢測部分23的結構和操作是與圖2中所示常規語音解碼設備的情況相同的，而且還有語音數據組周期和間歇周期間的判別方法及后置信號、前置信號或背景噪聲替代信號的檢測方法是與前面所述的常規的情況相同的。
如果由特定字檢測部分23判定當時幀是一語音數據組周期，那么語音數據組碼信號被高效語音解碼部分22解碼。然后，開關21被切換接通以便于選擇高效語音解碼部分22，而由高效語音解碼部分22解碼的聲音作為語音解碼設備53的輸出由揚聲30輸出，高效語音解碼部分22和揚聲器30的結構和操作是與圖2所示的常規設備的情況相同的。
接下來，描述當由特定字檢測部分23判定當時幀是一間歇周期時的操作。
在間歇周期，從兩個存儲器讀出所需的信息，在該存儲器中存有用于背景噪聲合成的所需參數，也即頻譜改變信息存儲部分27和背景噪聲參數存儲部分24，并且使用所取出的信息由背景噪聲合成部分29來對背景噪聲進行合成。在間歇周期，首先從背景噪聲參數存儲部分24讀出參數。通過所讀出的參數，量化的頻譜碼字被輸入量化頻譜系數計算部分25，通過它將量化的頻譜碼字轉換為量化的矢量系數，此后，其被輸入改變頻譜系數計算部分26。剩余的參數被從背景噪聲參存儲部分24直接輸入到背景噪聲合成部分29，而與殘留信號相對應的部分除外。需注意的是與前面所述的常規的語音解碼設備相類似，僅當其被特定字檢測部分23判定當時幀的接收信號是背景噪聲替代信號時，保留在背景噪聲參數存儲部分24中的內容被替代為根據背景噪聲替代信號計算出的背景噪聲參數。
頻譜改變信息存儲部分27被用來保留和輸出用于背景噪聲替代的頻譜改變信息。保留在頻譜改變信息存儲部分27內的頻譜改變信息僅當特定字檢測部分23判定當時幀為背景噪聲替代信號時才被替代，且在此情況下，頻譜改變信息被從接收信號中取出而至此仍保留的舊的頻譜改變信息被所取出的頻譜改變信息替代。
譜變系數計算部分26被用于計算改變頻譜系數。改變頻譜系數計算部分26將由量化頻譜系數計算部分25所計算出的量化的頻譜系數與保留在頻譜改變信息存儲部分27中的頻譜改變信息相結合以計算改變的量化頻譜信息并將其輸入到背景噪聲合成部分29。
作為與殘留信號相對應的參數，由隨機殘留信號產生部分28所產生的隨機殘留信號被輸入。隨機殘留信號產生部分28的構成和操作與圖2中所示的傳統語音解碼設備相同。
背景噪聲合成部分29從來自背景噪聲參數存儲部分24、改變頻譜系數計算部分26和隨機殘留信號產生部分28的輸入中產生一背景噪聲信號。如果特定字檢測部分23判定當時幀為暫停周期，開關21被切換接通以便選擇背景噪聲合成部分29，隨后，由背景噪聲合成部分29所產生的背景噪聲信號被從揚聲器30輸出。
下面將參考流程圖對第一實施例的語音編碼和解碼系統的操作進行描述。圖8描繪了發射臺52的語音編碼裝置51的處理過程。
被輸入到傳聲器1的一幀的原始語音信號在步驟101中被輸入到頻譜包絡分析部分2，通過它對非量化的頻譜包絡和非量化的譜系統進行計算。在步驟102中，非量化的頻譜系數被輸入到頻譜系數量化部分6，其隨后參照頻譜系數量化部分6中所提供的頻譜系數量化編碼簿，來確定一量化頻譜包絡、一量化頻譜系數和與量化頻譜系數相對應的碼字。
在步驟103中語音數據組周期檢測部分3分析所輸入的原始語音信號并判別當時幀是否為一語音數據組周期或一間歇周期。如果其判定出當時幀為一語音數據組周期，則控制順序進入到步驟106，并執行高效編碼。隨著原始語音信號、非量化頻譜系數、量化頻譜系數和量化頻譜碼字被輸入到高效解碼器7進行高效編碼，在步驟108，所獲得的高效編碼被從語音編碼裝置51通過數據開關部分10輸出并從發射天線11發射。
另一方面，當在步驟103中判定當時幀為間歇周期時程序以下述的方式進行。首先，在步驟104中，由頻譜包絡分析部分2計算出的非量化頻譜包絡和由頻譜系數量化部分6計算出的量化頻譜包絡被頻譜包絡比較部分4彼此進行比較以判別它們之間的差別大小。此種判別是通過將它們之間的差別與預先設定的門限值進行比較來完成的。然后，如果判定差別很大，則在步驟105中，頻譜包絡改變部分5計算一已被改變的改變量化頻譜系數，以便接近非量化頻譜包絡。此后，在步驟106中，當在步驟104中判定頻譜包絡間的差別很大時使用改變量化的頻譜系數，而當在步驟104中判定頻譜包絡間的差別較小時，使用量化頻譜系數，通過高效編碼部分7來進行高效編碼。然后，高效編碼、量化頻譜系數的碼字和頻譜改變信息被作為背景噪聲替代信號匯集輸出。
此外，當在步驟103中判定當時幀為一間歇周期時，在步驟107中由前置產生部分8產生一前置信號而由后置產生部分9生成一后置信號，其與上面描述的步驟104和105存在基本同步的平行關系。前置信號和后置信號被輸入到數據切換部分10。然后，在當時幀為間歇周期時，在步驟108中，數據切換部分10選擇出在當時幀要被輸出的信號。尤其是，(1)在背景噪聲替代碼要被發出的幀內，選擇通過高效編碼部分7所獲得的背景噪聲替代信號，但(2)在前置信號要被發出的幀內，選擇由前置產生部分8所產生的前置信號或(3)在后置信號要被發出的幀內，來選擇由后置產生部分9所產生的后置信號。通過此方式所選擇出的信號從語音編碼設備51輸出并自發射電路15和發射天線11向接收臺54發射。
下一步，將參考圖9描述接收臺54的語音解碼設備53的處理過程。
被輸入到接收天線20并被接收電路33接收和檢測的接收信號被輸入到特定字檢測部分23，在步驟121通它來判別當時幀是一語音數據組周期還是一間歇周期。如果當時幀為一語音數據組周期，則在步驟130中通過高效語音解碼部分22對所接收的高效編碼進行解碼，且在步驟132中通過開關21對被解碼的聲音進行選擇。其結果，被解碼的聲音從揚聲器30輸出。
另一方面，如果在步驟121中判定當時幀為間歇周期，則在步驟122中通過特定字檢測部分23來判別所接收到的信號是否為一后置信號或一前置信號的特定字。如果所接收到的信號不是一特定字，則在步驟123中來判別所接收到的信號是否為一背景噪聲替代信號(用于背景噪聲替代的數據)。當在步驟122中判定所接收到的信號為一特定字或當在步驟123中判定所接收到的信號不是背景噪聲替代數據時，控制順序進入到步驟126。如果在步驟123中判定所接收的信號為一背景噪聲替代信號時，在步驟124中，則保留在背景噪聲參數存儲部分24中的背景噪聲參數被一背景噪聲參數和從所接收到的背景噪聲替代信號中獲得的頻譜改變信息所替代。然后，存儲在頻譜改變信息存儲部分27內的頻譜改變信息在步驟125被替代，此后控制程序進入到步驟126。
在步驟126中，量化頻譜系數計算部分25使用存儲在背景噪聲參數存儲部分24中數據來計算一量化頻譜系數。將被算出的量化頻譜系數與存儲在頻譜改變信息存儲部分27內的頻譜改變信息一起輸入到改變頻譜系數計算部分26。這里，根據頻譜改變信息在步驟127中判別量化頻譜系數是否應該被改變。如果需要改變量化頻譜系數，在步驟128中，則根據頻譜改變信息將其改變以計算一改變了的量化頻譜系數。
然后，在步驟129中，將由隨機殘留信號產生部分28產生的隨機殘留信號、及在步驟131中存儲在背景噪聲參數存儲部分24中的背景噪聲參數和由改變頻譜系數計算部分26計算出的改變的量化頻譜系數或由量化頻譜系數計算部分計算出的量化頻譜系數以及以上提到的隨機殘留信號輸入到背景噪聲合成部分29，通過它產生背景噪聲。這里，當在步驟128中量化頻譜被改變時，使用改變的量化頻譜系數，但是當在步驟127中判定量化頻譜不應被改變時，則使用量化頻譜系數。在當時幀為一間歇周期時，在步驟132中，由于通過開關21來選擇背景噪聲，則從揚聲器130輸出背景噪聲。
下面參考圖10對圖6中所示的語音編碼設備51的使用頻譜包絡改變部分5的處理過程實例進行描述。
在量化矢量包絡存在的頻率區以頻率遞增順序劃分為一低頻區、一中頻區和一高頻區，頻譜包絡改變部分5具有濾波系數，其頻率特性僅對不同頻區以三個碼簿的形式變化，也即，一低頻區改變濾波系數碼簿41、一中頻區改變濾波系數碼簿42和一高頻區改變濾波系數碼簿43。然后，頻譜包絡改變部分5疊加一復合濾波器的傳遞函數，該復合濾波器由量化頻譜濾波器構成，是由從在不同頻區內選出的濾波系數而產生的濾波器構成，以改變量化頻譜包絡。然后，通過改變所得到的量化頻譜包絡與非量化頻譜包絡進行比較，并選擇出那些將差值減至最小的碼制作。
下面用數學公式來對語音編碼和解碼系統的程序進行描述，該系統使用了上面描述的頻譜包絡改變部分5。
下面分別表示出在步驟101中通過頻譜包絡分析部分2計算出的用于一幀的原始語音信號的非量化頻譜包絡和非量化頻譜系數非量化頻譜系數nqa(n)(0≤n＜Np) (1)非量化頻譜包絡nqsp(f)(0≤f＜fs) (2)其中fs為當對原始語音信號進行模擬-數字轉換時的抽樣頻率，Np為非量化頻譜系數的級數。需指出的是量化頻譜系數的級數也為Np。這里作為非量化頻譜系數的一個例子，使用了上面提到的線性預測系數。因此，由非量化頻譜系數nqa(n)所提供的復合濾波的傳遞函數用下式表示H(z)=11-Σi=0Np-1nqa(i)×z-i----(3)]]>其中非量化頻譜包絡nqsp(f)用下式表示nqsp(f)=|H(cj2πfTs)|----(4)]]>Ts=1fs----(5)]]>其中e為對數的底，而j為虛部。
在步驟102中，非量化頻譜系數nqa(n)被輸入到頻譜系數量化部分6并被其量化從而計算出量化頻譜系數和量化頻譜系數相對應的碼簿的碼字。此外，從量化頻譜系數可獲得量化頻譜包絡。然后用下面的方式來表示量化頻譜系數qa(n)(0≤n＜Np) (6)量化頻譜包絡qsp(f)(0≤f＜fs) (7)量化頻譜系數的碼字qcode(i)(0≤i＜Ni) (8)與非量化頻譜系數相類似，同樣對于量化頻譜系數，例如，也使用了上面提到的線性預測系數。隨后，由量化頻譜系數nqa(n)表示的復合濾波器傳遞函數Hq(2)表示如下Hq(z)=11-Σi=0Np-1qa(i)×z-i----(9)]]>在此情況下，非量化頻譜包絡qsp(f)用下面形式表示qsp(f)=|Hq(cj2πfTs)|----(10)]]>如果在步驟103中判定當時幀為一語音數據組周期，則在步驟106中由高效編碼部分7產生一高效編碼，且此高效編碼在步驟108中通過數據切換部分10從發射天線11輸出。對于被間歇周期高效編碼部分7所使用的高效編碼方法，引用的VSELP(引發LPC的矢量和)，例如在Kazunovi Ozawa的“用于數字無線移動通信的高效語音編碼技術”，Triceps，1992.4.6(此后指“文獻3”)PP99-103頁中被使用。
如果在步驟103中判定當時幀為—間歇周期，則通過頻譜包絡比較部分4在步驟104中對非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡進行彼此相互比較。在此情況下，作為比較方法的一個實例，其中系數LD和門限值LDTH由下式給出。LD=∫0fs{nqsp(f)-qsp(f)}2df----(11)]]>表1
此后，如果識別出非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡間的差別很大時，在步驟105中通過頻譜包絡改變部分5來計算已被改變以便接近以便接近非量化頻譜包絡的一改變的量化頻譜系數。首先對圖10中所使用的變量進行描述LFi(z)用于碼字i的低頻區改變濾波器的傳遞函數；MFi(z)用于碼字i的中頻區改變濾波器的傳遞函數；HFi(z)用于碼字i的高頻區改變濾波器的傳遞函數；L低頻區碼字的數目；M中頻區碼字的數目；H高頻區碼字的數目；M1LFi(z)的分母值；N1LFi(z)的分了值；MmMFi(z)的分母值；NmMFi(z)的分子值；MhHFi(z)的分母值；NhHFi(z)的分子值；α1(i，j)碼字i的低頻區改變濾波器的分母的第j級系數；β1(i，j)碼字i的低頻區改變濾波器的分子的第j級系數；βm(i，j)碼字i的中頻區改變濾波器的分母的第j級系數；βm(i，j)碼字i的中頻區改變濾波器的分子的第j級系數；αh(i，j)碼字i的高頻區改變濾波器的分母的第j級系數；及βh(i，j)碼字i的高頻區改變濾波器的分子的第j級系數.
從前面所述，與碼字i對應的改變濾波器的傳遞函數可由下式給出LFi(z)=Σj=0Nl-1β1(i,j)×zj1-Σj=1Mlα1(i,j)×z-j----(12)]]>MFi(z)=Σj=0Nm-1βm(i,j)×z-j1-Σj=1Mmαm(i,j)×z-j----(13)]]>NFi(z)=Σj=0Nn-1βn(i,j)×z-j1-Σj=1Mnαn(i,j)×z-j----(14)]]>在此情況下，如果假設具有Li作為低頻區碼字、Mi作為中頻區碼字和Hi為高頻區碼字的量化頻譜，則改變量化頻譜系數可以表示如下αc[LiMiHi](i)(0≤i＜K) (15)βc[LiMiHi](i)(0≤i＜N) (16)其中K＝Ml×Mm×Mh (17)N＝Nl×Nm×Nh (18)
由此，根據改變量化頻譜系數和頻譜包絡SP[LiMiHi](f)的復合濾波器的傳遞函數H[LiMiHi](Z)由下式給出H[LiMiHi](z)=Σi=0N-1βc[LiMiHi](i)×z-i1-Σi=1Kαc[LiMiHi](i)×z-i----(19)]]>＝HFi(z)×MFi(z)×LFi(z)×Hq(z) (20)sp[LiMiHi](f)=|H[LiMiHi](ej2πfTs)|----(21)]]>上面給出的頻譜包絡SP[LiMiHi](f)和由表達式(2)給出的非量化頻譜包絡nqsp(f)間的差別根據由表達式(11)給出的計算式進行計算以尋找出能將差別減至最小的碼字Li、Mi和Hi的組合。那么碼字Li、Mi和Hi為被選出的碼字，而αc[LiMiHi](i)和βc[LiMiHi]為改變量化頻譜系數。
通過頻譜包絡改變部分5的這種方式來確定改變量化頻譜系數。
然后，當非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡間的差別很大時，使用改變量化頻譜系數通過高效編碼部分7來進行高效編碼，而當差別較小時，使用量化頻譜系數。高效碼、量化頻譜系數的碼字和頻譜改變信息被一起作為背景噪聲替代信號輸出。此后，在當時幀內將被輸出的信號通過以上所描述的方式被數據切換部分10選擇。
下面描述接收臺54的語音解碼設備的操作，如果語音編碼設備51的頻譜包絡改變部分5的結構與以上描述的一致，則使用上面給出的表達式(12)到(16)、(19)和(20)通過改改變頻譜系數計算部分26可計算改變量化頻譜系數。第二實施例圖11中示出了本發明的第二個實施例的語音編碼和解碼系統，其構成形式包括設置-語音編碼設備61的發射臺62和設置-語音解碼設備63的接收臺并通過一無線信道65將它們彼此相連，并通過數字無線傳輸發射編碼的語音信號。與第一實施例相類似，發射臺6包含傳聲器1、一發射電路15和一發射天線11，而接收臺64包含一接收天線20、一接收電路33和一揚聲器30。當從語音編碼設備61無信號輸出時發射電路15停止其操作，從而可節省無線發射所需的能源。
首先，對發射地62的語音編碼設備61的結構參考圖12進行描述。
語音編碼設備61與圖6中所示第一實施例的語音編碼裝置51的區別在于除了用另一個高效編碼部分13來代替高效編碼部分7外還包括一間歇周期頻譜系數量化部分12。在圖12中，與圖6中所示的同一標號表示的那些元件與圖6中所示的功能塊相同。
當在間歇周期內要產生一背景噪聲替代信號時，間歇周期頻譜系數量化部分12將非量化頻譜系數和由頻譜包絡分析部分2計算出的非量經頻譜包絡分別轉換為量化頻譜系數和頻譜包絡，并包括在間歇周期內將非量化頻譜最佳量化的編碼簿。在下面的描述中，由間歇周期頻譜系數量化部分12計算出的量化頻譜系數和量化頻譜包絡分別稱為“間歇周期量化頻譜系數”和“間歇周期量化頻譜包絡”。
在上面描述的第一實施例中，當要產生背景噪聲替代信號時，被頻譜包絡比較部分4所輸入和比較的是由頻譜包絡分析部分2計算出的非量化頻譜包絡和由頻譜系數量化部分6計算出的量化頻譜包絡，同樣被頻譜包絡可變部分5所改變的是由頻譜系數量化部分6計算出的量化頻譜包絡。然而，在本發明第二實施例中，頻譜包絡比較部分4將由頻譜包絡分析部分2計算出的非量化頻譜包絡和由間歇周期頻譜系數量化部分12計算出的間歇周期量化頻譜包絡進行比較，且同樣由頻譜包絡可變部分5來對間歇周期量化頻譜包絡進行改變。
此外，在頻譜系數量化部分6具有用于語音數據組周期的非量化頻譜包絡最優量化的一編碼簿的同時，暫停時頻譜系數量化部分12還具有另一用于如2所述的間歇周期內的非量化頻譜包絡最優量化的編碼簿。這里，包含在間歇周期頻譜系數量化部分12內的編碼簿比頻譜系數量化部分6的編碼簿小。這是由于在間歇周期內，量化頻譜系數被頻譜包絡改變部分5進一步改變以便接近一非量化頻譜包絡，對該編碼簿來說不需使用大尺寸的編碼簿。
在語音數據組周期內，高效編碼部分13根據從傳聲器1輸入的原始語音信號、由頻譜包絡分析部分2產生的非量化頻譜系數和由頻譜系數量化部分6產生的量化頻譜系數與第一實施例的高效編碼部分7類似的產生一高效碼，高效碼和與量化頻譜系數相對應的碼字的組合被作為語音猝發碼信號輸出。另一方面，在間歇周期內，間歇周期頻譜高效編碼部分13使用從傳聲器1輸入的原始語音信號、由頻譜包絡分析部分2產生的非量化頻譜系數和由頻譜包絡可變部分5產生的一改變量化頻譜系數來產生一高效編碼，并將由間歇周期頻譜系數量化部分12計算出的間歇周期量化頻譜系數的碼字和由頻譜包絡改變部分5獲得的頻譜改變信息的碼字合并入該高效編碼以產生一背景噪聲替代信號，然后將背景噪聲替代碼輸出。
下面參考圖13對語音解碼設備63的結構進行描述。語音解碼設備63除了包含圖7中所示第一個實施例中的語音解碼裝置58的組件外還包含一間歇周期量化頻譜系數計算部分31和間歇周期量化頻譜存儲部分32，但不包含量化頻譜系數計算部分25。在圖13中，與圖7中所示標號相同的元件的功能也與其一樣。
間歇周期量化頻譜存儲部分32為一存儲器，其用于接收特定字檢測部分23的檢測結果和一接收信號，并在其內存儲在產生背景噪聲的過程中將被使用的間歇周期量化頻譜系數的碼字。間歇周期量化頻譜系數計算部分31接收存儲在間歇周期量化頻譜存儲部分32中的碼字并計算出間歇周期量化頻譜系數。尤其是，與由在編碼設備中提供的間歇周期頻譜系數數量化部分12計算出的量化頻譜系數一樣的量化頻譜系數也是由間歇周期量化頻譜系數計算部分31計算出的。從間歇周期量化頻譜系數計算部分31輸出的間歇周期量化頻譜系數被輸入到改改變頻譜系數計算部分26。與頻譜改變信息存儲部分27和背景噪聲參數存儲部分24相類似，當接收到一背景噪聲替代信號時，存儲在間歇周期量化頻譜存儲部分32中的數據根據接收信號的內容被替代。
下面參考圖14對在本發明第二實施例的語音編碼和解碼系統進行描述。
首先，參考圖14對發射臺62的語音編碼設備61的處理過程進行描述。
與第一實施例相類似，在步驟151中，由頻譜包絡分析部分2計算原始語音信號的非量化頻譜包絡和非量化頻譜系數。然后非量化頻譜系數被輸入到頻譜系數量化部分6，并通過它在步驟152計算量化頻譜包絡、量化頻譜系數和與量化頻譜系數對應的碼字。
此外，在步驟153中，語音數據組周期檢測部分3分析被輸入的原始語音信號并判別當時幀是否為一語音數據組周期或一間歇周期。如果識別出當時幀為一語音數據組周期，控制順序進到步驟154并完成高效編碼。在步驟159中，交由高效編碼部分13獲得的高效編碼作為語音編碼設備61的輸出從數據切換部分10發出并從發射天線11發射。
另一方面，當在步驟153中判定出當時幀為一間歇周期時的處理過程序描述如下。首先，由頻譜包絡分析部分2計算出的非量化頻譜系數被輸入到間歇周期頻譜系數量化部分12。在步驟155中，間歇周期頻譜系數量化部分12使用暫停編碼簿從輸入的非量化頻譜系數來確定一間歇周期量化頻譜系數和一間歇周期量化頻譜包絡。然后，在步驟156中，頻譜包絡比較部分4將由頻譜包絡分析部分2計算出的非量化頻譜包絡與由間歇周期頻譜系數量化部分12計算出的間歇周期量化頻譜包絡彼此進行比較以判定它們間的差別是否很大。如果判定差別很大，則在步驟157中，頻譜包絡改變部分5來計算通過改變間歇周期量化頻譜系數獲得的一改變的量化頻譜系數，以便接近一非量化頻譜包絡。此后，在步驟154中，當在步驟156中判定頻譜包絡間的差別很大時，使用改變量化頻譜系數，但當差別小時，使用間歇周期量化頻譜系數，通過高效編碼部分13來完成高效編碼。此高效編碼、量化頻譜系數的碼字和頻譜改變信息被一同作為背景噪聲替代信號輸出。
此外，當在步驟153中判定當時幀為一間歇周期時，在步驟158中，以與上面描述的步驟156和157基本同步平行關系，由前置產生部分8產生一前置信號并由后置產生部分9產生一后置信號，且前置信號和后置信號被輸入到數據工換部分10。然后，同樣也是在間歇周期內，在步驟159中，在當時幀將被輸出的信號被數據切換部分10選擇。尤其是，(1)在背景噪聲替代碼將被發出的幀內，選擇由高效編碼部分13所產生的背景噪聲替代信號，而(2)在前置信號將被發出的幀內，選擇由前置產生部分8產生的前置信號，而在(3)后置信號將被發射的幀內，選擇由后置產生部分9產生的后置信號。
下面參考圖15來對接收臺64的語音解碼設備63的處理過程進行描述。
在步驟171中，接收信號被輸入到特定字檢測部分23，通過它來判別當時幀是否為一語音數據組周期或一間歇周期。如果當時幀為一語音數據組周期，則在步驟172中所接收的高效編碼被高效語音解碼部分22解碼，在步驟183中，由開關21來選擇被解碼的聲音并從揚聲器30輸出。
另一方面，如果在步驟171中，判定當時幀為一間歇周期，然后在步驟173中通過特定字檢測部分23來判別所接收的信號是否為一特定字。這里，如果所接收的信號不是一特定了，則在步驟174中判別所接收到的信號是否為一背景噪聲替代信號(用于背景噪聲替代的數據)。當在步驟173中判定所接收的信號為一特定字或在步驟174中判定所接收的信號不是背景噪聲替代數據時，控制順序進到步驟178。如果在步驟174中判定所接收的信號為一背景噪聲替代信號，則存儲在背景噪聲參數存儲部分24中的背景噪聲參數在步驟175中用背景噪聲參數、頻譜改變信息和從新接收的背景噪聲替代信號中獲得的間歇周期量化頻譜來更新。然后，在步驟176中，存儲在頻譜改變信息存儲部分27內的頻譜改變信息被更新，及在步驟177中，存儲在間歇周期量化頻譜存儲部分32內的碼字被更新，此后，控制順序進到步驟178。
在步驟178中，間歇周期量化頻譜系數計算部分31使用存儲在間歇周期量化頻譜存儲部分32內的數據(間歇周期量化頻譜系數碼字)來計算間歇周期量化頻譜系數。被計算出的間歇周期量化頻譜系數連同存儲在頻譜改變信息存儲部分27內的頻譜改變信息一起被輸入到改改變頻譜系數計算部分26。在步驟179中，改改變頻譜系數計算部分6根據頻譜改變信息來判定間歇周期量化頻譜系數是否應該被替代。如果有必要替代間歇周期量化頻譜系數，則在步驟180中根據頻譜改變信息來改變間歇周期量化頻譜系數并計算出變化的量化頻譜系數。
然后，在步驟181中，由隨機殘留信號產生部分28來產生一隨機殘留信號。在隨機殘留信號產生后，存儲在背景噪聲參數存儲部分24內的背景噪聲參數、由可改變頻譜系數計算部分26計算出的可變量化頻譜系數、或由間歇周期量化頻譜系數計算部分31計算出的間歇周期量化頻譜系數、及前面提到的隨機殘留信號被一起輸入到背景噪聲合成部分29，通過它在步驟182中產生背景噪聲。這里，當在步驟180中量化頻譜被改變時，則使用改變的量化頻譜系數，并且當在步驟179中判定量化頻譜應該被改變時，將使用間歇周期量化頻譜系數。在間歇周期內，由于在步驟183中由開關21來選擇背景噪聲，背景噪聲從揚聲器30輸出。
如上所述，在本發明中，通過在間歇周期內對量化頻譜系數進行濾波處理從而使量化頻譜包絡接近非量化頻譜包絡，在間歇周期內的聲音質量也能得到提高，而不用象在語音數據組周期內那樣，使用一個大的編碼簿來計算量化頻譜系數。此外同樣由于通過在間歇周期使用小尺寸的編碼簿計算量化頻譜系數以及濾波處理過程，從而在間歇周期內在不使用大尺寸編碼簿的情況下來使聲音質量得到提高。
必須明確，雖然在前面的描述中已對本發明特征及優點進行了闡述，但僅為描述性的揭示，在所附權利要求的范圍內可進行各種形式的改變。
權利要求
1.一種語音信號傳輸方法，其中，在發射方，輸入的語音信號被編碼并作為編碼的數據向接收方發射，而在接收方，被編碼的數據被解碼并作為輸出語音信號輸出，包含步驟在發射方檢測一輸入語音信號的間歇周期，在發射方通過將在間歇周期內的輸入語音信號編碼來產生一背景噪聲替代信號，在發射方，在間歇周期內從輸入語音信號計算量化頻譜、非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡，在背景噪聲替代信號被從發射方向接收方發射后，發射方在一預定期間停止發射，及接收方在預定期內，根據所接收的背景噪聲替代信號來產生背景噪聲并將其作為輸出語音信號輸出，其中當非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡間的差別比預定的門限值大時，量化頻譜被改變且根據變化的量化頻譜來產生背景噪聲替代信號。
2.根據權利要求1所述的語音信號傳輸方法，其特征在于其中在語音數據組周期內的輸入語音信號通過使用第一編碼簿被編碼，且在間歇周期內，輸入語音信號通過使用不同于所述第一編碼簿的第二編碼簿被編碼。
3.一種語音編碼和解碼系統，其執行產生背景噪聲的VOX(音控發射器)處理過程，它包括一語音編碼設備，及一語音解碼設備，所述語音編碼裝置包括用于定量計算所述編碼設備的一輸入信號的非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡之間差別的頻譜包絡比較裝置，及用于與該差別相對應的改變量化頻譜包絡的頻譜包絡改變裝置，并使用被所述頻譜包絡改變裝置改變的量化頻譜包絡以便進行背景噪聲編碼處理，然后根據量化頻譜包絡的變化向所述語音解碼裝置發射頻譜改變信息，及所述語音解碼裝置包括用于存儲所接收到的頻譜改變信息的頻譜改變信息存儲裝置及用于根據存儲在所述頻譜改變信息存儲裝置內的頻譜改變信息改變接收的量化頻譜包絡的改變頻譜系數計算裝置，并為了產生背景噪聲，使用從所述改變頻譜系數計算裝置輸出的量化頻譜。
4.根據權利要求3所述的語音編碼和解碼系統，其特征在于其中所述語音編碼裝置還包括一第一編碼簿、一內容與所述第一編碼簿不同的第二編碼簿、用于將在語音數據組周期內的輸入信號通過使用所述第一編碼簿使其量化的第一頻譜系數量化裝置、及在所述間歇周期內使用所述第二編碼簿使輸入信號量化的第二頻譜系數量化裝置。
5.根據權利要求3所述的語音編碼和解碼系統，其特征在于其中所述頻譜包絡改變裝置通過濾波處理過程改變量化的頻譜包絡。
6.根據權利要求4所述的語音編碼和解碼系統，其特征在于其中所述頻譜包絡改變裝置通過濾波處理過程改變量化的頻譜包絡。
全文摘要
一種執行VOX(聲音操作發射機)程序用于語音編碼和解碼系統的語音傳送方法,該方法可減少在接收方被輸出的背景噪聲的不適感覺。該方法包括如下步驟,當被檢測到為間歇周期時產生一背景噪聲替代信號,并在發射方在間歇周期內從輸入語音信號計算量化頻譜、非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡。當非量化頻譜包絡和量化頻譜包絡間的差別比一預定門限值大時,量化頻譜被改變且根據改變的量化頻譜來產生背景噪聲替代信號。
文檔編號H04B14/04GK1174457SQ9711502
公開日1998年2月25日 申請日期1997年7月22日 優先權日1996年7月22日
發明者早田利浩 申請人:日本電氣株式會社