TÉLÉCHARGER PHILIPS CELP 120 CODEC

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Ce type de codage est largement utilisé, essentiellement dans des systèmes de transmission par voie terrestre ou satellite, ou dans des applications de stockage. Un signal en bande téléphonique Hz est étendu à la bande élargie Hz en ajoutant 31 trois contributions : [] - une bande basse régénérée par le bloc 32 , - le signal en bande téléphonique par exemple codé par le système [] G. Prosodic processing in a text-to-speech synthesis system using a database and learning procedures. De lacovo, D. La troncature dynamique de la réponse impulsionneile faisant intervenir le degré de voisement MV permet d'obtenir une telle réduction de complexité sans affecter la qualité du codage. Ceci permet d'avoir une compatibilité entre l'allocation binaire du codeur et du décodeur.

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Les codeurs CELP appartiennent à la famille des codeurs à analyse par synthèse, dans lesquels on utilise le modèle de synthèse au codeur. Dans un codeur numérique de type CELP, le signal de parole est échantillonné et converti en une suite de trames de L échantillons. Chaque trame est synthétisée en filtrant une forme d'onde extraite d'un répertoire appelé aussi dictionnaire , multipliée par un gain, à travers deux filtres variant dans le temps. Le répertoire d'excitation est un ensemble de K codes ou formes d'ondes de L échantillons.

Les formes d'ondes sont numérotées par un index entier k, k allant de 0 à K- l , K étant la taille du répertoire. Le premier filtre est le filtre de prédiction à long terme.

Une analyse "LTP" Long Term Prédiction permet d'évaluer les paramètres de ce prédicteur à long terme et ainsi d'exploiter la périodicité des sons voisés par exemple : les voyelles ; cette corrélation à long terme est due à la vibration des cordes vocales. Le second filtre est le filtre de prédiction à court terme.

Les méthodes d'analyse par prédiction linéaire "LPC Linear Prédiction Coding permettent d'obtenir ces paramètres de prédiction à court terme, représentatifs de la fonction de transfert du conduit vocal et caractéristiques du spectre du signal. Le procédé utilisé pour déterminer la séquence d'innovation est la méthode d'analyse par synthèse : au codeur, toutes les séquences d'innovation du répertoire d'excitation sont filtrées par les deux filtres LTP et LPC, et la forme d'onde sélectionnée est celle produisant le signal synthétique le plus proche du signal de parole original selon un critère de pondération perceptuelle.

Dans un codeur CELP, l'excitation du modèle de synthèse est donc constituée par des formes d'ondes extraites d'un répertoire. Selon le type de ce répertoire, on distingue deux sortes de codeurs CELP. Les répertoires des premiers codeurs CELP étaient constitués de formes d'ondes stochastiques. Ces répertoires sont obtenus soit par apprentissage soit par génération aléatoire. Leur inconvénient majeur est leur manque de structure qui nécessite de les stocker et entraîne une complexité de mise en oeuvre élevée.

Le répertoire d'excitation du premier codeur CELP était un dictionnaire stochastique, composé d'un ensemble de formes d'ondes de 40 échantillons gaussiens. Ce codeur CELP ne fonctionnait pas en temps réel sur les calculateurs les plus puissants de l'époque. D'autres dictionnaires stochastiques permettant de diminuer et la mémoire et le temps de calcul nécessaires ont été introduits ; cependant, tant la complexité que la capacité de mémoire requise restaient importantes.

Pour remédier à cet inconvénient, une autre catégorie de répertoires a été proposée : les répertoires algébriques fortement structurés qui n'ont pas besoin d'être stockés et dont la structure permet de développer des algorithmes rapides pour leur mise en oeuvre.

IEEE, Vol. Les modules de prédiction à court terme, d'analyse LTP et de pondération perceptuelle sont similaires à ceux utilisés dans un codeur CELP classique. Le codeur ACELP présente deux intérêts majeurs : une grande flexibilité en débit et une complexité de mise en oeuvre ajustable.

La flexibilité en débit provient de la méthode de génération du répertoire. La possibilité de régler la complexité est due à la procédure de sélection de la forme d'onde qui utilise une recherche focalisée à seuils adaptatifs. Dans un codeur ACELP, le répertoire d'excitation est un ensemble virtuel dans le sens où il n'est pas stocké , généré algébriquement.

Le générateur de codes algébriques produit en réponse à un index k, k variant de 0 à K-1, un vecteur code de L échantillons ayant très peu de composantes non nulles. Soit N le nombre de composantes non nulles. On suppose ici, sans affecter la généralité de l'exposé, que L est un multiple de N.

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Les mots de code ck sont donc composés de N impulsions. La sélection d'une forme d'onde dans un répertoire CELP s'effectue en recherchant celle qui minimise l'erreur quadratique entre le signal original pondéré et le signal synthétique pondéré.

T désigne la transposition matricielle. D est un vecteurcible qui dépend du signal d'entrée, du signal synthétique passé et du filtre composé des filtres de synthèse et de pondération perceptuelle. H est la matrice de covariance de h. Cette recherche s'effectue en imbriquant les boucles de recherche des impulsions.

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On accélère l'exploration en calculant avant d'entrer dans la procédure de recherche un seuil adaptatif pour chaque boucle. On n'entre dans la boucle de recherche de l'impulsion q que si une quantité partielle Crk q-1 , calculée à partir des impulsions 0 à q-1 précédemment déterminées dans les boucles supérieures, dépasse un seuil calculé pour la boucle q L2 chargements en mémoire.

En conclusion, la technique ACELP nécessite un grand nombre de chargements en mémoire et une mémoire de taille importante. Il faut en effet stocker : - le signal d'entrée typiquement 80 à mots de 16 bits , - la matrice de covariance à mots de 16 bits , les signaux intermédiaires et leurs mémoires typiquement 2 à 3K mots de 16 bits , - le signal de sortie typiquement 80 à mots ou octets. Il apparaît clairement que la taille de la matrice de covariance occupe une place prépondérante.

On note que, pour une application donnée, l'espace mémoire nécessaire pour les signaux intermédiaires est incompressible ; si on veut réduire la taille mémoire globale, il semble donc qu'il ne soit possible que de jouer sur la taille de la mémoire nécessaire à la matrice de covariance. Or, jusqu'à présent, les experts savaient que cette matrice était symétrique par rapport à la diagonale principale et que certains termes n'étaient pas utiles, mais ils pensaient que ces derniers étaient disposés dans la matrice sans un ordre déterminé.

Une première idée pour diminuer l'espace mémoire né- cessaire pour la matrice de covariance reposait sur l'exploitation de la propriété de symétrie de cette matrice. Le gain en mémoire perdait alors tout intérêt face à l'augmentation de la complexité. Un but principal de la présente invention est de proposer un procédé de codage de type ACELP qui réduise notablement la taille de la mémoire nécessaire au codeur.

L'invention propose ainsi un procédé de codage de parole à prédiction linéaire et excitation par codes CELP , dans lequel on numérise un signal de parole en trames successives de L échantillons, on détermine de manière adaptative d'une part des paramètres de synthèse définissant des filtres de synthèse, et d'autre part des paramètres d'excitation incluant pour chaque trame des positions d'impulsions d'un code d'excitation de L échantillons appartenant à un répertoire algébrique prédéterminé et un gain d'excitation associé, et on transmet des valeurs de quantification représentatives des paramètres déterminés.

Le répertoire algébrique est défini à partir d'au moins un groupe de N ensembles de positions d'impulsion possibles dans des codes d'au moins L échantillons, un code du répertoire étant représenté par N positions d'impulsion appartenant respectivement aux N ensembles d'un groupe.

H où H désigne une matrice triangulaire inférieure de Toeplitz à L lignes et L colonnes formée à partir de la réponse impulsionnelle h 0 , h 1 , De cette façon, on ne stocke que les termes effectivement utilisés lors de la recherche de l'excitation ACELP, ce qui permet de réduire considérablement la mémoire nécessaire. Ce mode de rangement des composantes de la matrice de covariance facilite leur accès lors de la recherche de l'excitation ACELP, de façon à réduire ou au moins ne pas accroître la complexité de ce module.

Le procédé selon l'invention est applicable à divers types de codes algébriques, c'est-à-dire quelle que soit la structure des ensembles de positions possibles pour les différentes impulsions des codes du répertoire. Le processus de synthèse de parole mis en oeuvre dans un codeur et un décodeur CELP est illustré sur la figure 1.

Un générateur d'excitation 10 délivre un code d'excitation ck appartenant à un répertoire prédéterminé en réponse à un index k. Le signal de sortie u du filtre 14 est à son tour soumis à un filtre 16 de synthèse à court terme, dont la sortie s constitue ce qu'on considère ici comme le signal de parole synthétisé.

Bien entendu, d'autres filtres peuvent également être mis en oeuvre au niveau du décodeur, par exemple des post-filtres, comme il est bien connu dans le domaine du codage de la parole. Les signaux précités sont des signaux numériques représentés par exemple par des mots de 16 bits à une cadence d'échantillonnage Fe égale par exemple à 8 kHz. Les filtres de synthèse 14, 16 sont en général des filtres purement récursifs.

Le retard T et le gain G constituent des paramètres de prédiction à long terme LTP qui sont déterminés d'une manière adaptative par le codeur. Les paramètres LPC du filtre 16 de synthèse à court terme sont déterminés au codeur par une prédiction linéaire du signal de parole. La figure 2 montre le schéma d'un codeur CELP. Le signal de parole s n est un signal numérique, par exemple fourni par un convertisseur analogique-numérique 20 traitant le signal de sortie amplifié et filtré d'un microphone Ces paramètres sont ensuite quantifiés de façon connue en vue d'une transmission numérique efficace, puis soumis à un multiplexeur 30 qui forme le signal de sortie du codeur.

Ces paramètres sont également fournis à un module 32 de calcul d'états initiaux de certains filtres du codeur. Ce module 32 comprend essentiellement une chaîne de décodage telle que celle représentée sur la figure 1. Le module 32 permet de connaître au niveau du codeur les états antérieurs des filtres de synthèse 14, 16 du décodeur, déterminés en fonction des paramètres de synthèse et d'excitation antérieurs à la sous- trame considérée.

Dans une première étape du processus de codage, le module 24 d'analyse à court terme détermine les paramètres LPC coefficients a1 du filtre de synthèse à court terme en analysant les corrélations à court terme du signal de parole s n. Les méthodes d'analyse LPC sont bien connues dans la technique, et ne seront donc pas détaillées ici. Rabmer et R.

Shafer, Prentice-Hall Int.

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L'étape suivante du codage consiste en la détermination des paramètres LTP de synthèse à long terme. Ceux-ci sont par exemple déterminés une fois par sous-trame de L échantillons. L'étape suivante consiste à calculer et à quantifier le filtre de prédiction linéaire en bande élargie. L'ordre du filtre de prédiction linéaire est de 18, mais dans une variante de ce mode de réalisation, un autre ordre de prédiction, par exemple plus faible 16 , est choisi. Les coefficients peuvent ensuite être quantifiés en utilisant par exemple une quantification vectorielle multi-étages et en utilisant les paramètres LSF déquantifiés du codeur coeur en bande téléphonique, comme décrit dans l'article de H.

Le traitement du signal vocal voice signal processing

Ehara, T. Morii, M. Oshikiri et K. Cette excitation est générée en utilisant une version sur-échantiilonnée des paramètres de l'excitation des étages en bande téléphonique. Dans une variante de ce mode de réalisation, l'excitation est calculée à partir du retard de " pitch " et du gain associé, ces paramètres étant utilisés pour générer une excitation harmonique à partir d'un bruit blanc.

Dans cette variante, l'excitation du dictionnaire algébrique est remplacée par un bruit blanc. Dans le cas où une pré-emphase a été appliquée au signal d'entrée, on applique le filtre de dé-emphase sur le signal de sortie du filtre de synthèse.

Le signal obtenu est un signal en bande élargie qui n'est pas ajusté en énergie. Pour le calcul du gain permettant la mise à niveau de l'énergie de la bande haute Hz , un filtrage passe-haut dont les coefficients sont donnés dans le tableau de la figure 6 est appliqué au signal de synthèse en bande élargie.

Parallèlement, le même filtre passe-haut est appliqué au signal d'erreur correspondant à la différence entre le signal original retardé et le signal de synthèse des deux étages précédents.

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Ces deux signaux sont ensuite utilisés pour le calcul du gain à appliquer au signal de synthèse de la bande haute.

Ce gain est calculé par un rapport d'énergie entre les deux signaux. La suite du codage est effectuée dans le domaine fréquentiel en utilisant un schéma de codage prédictif par transformée utilisant le filtre de prédiction linéaire issu de la couche d'extension de bande. Cet étage de codage constitue la couche d'amélioration de la qualité de codage dans la bande étendue. On limite le spectre à Hz en mettant à zéro les 40 derniers coefficients seuls les premiers coefficients sont codés.

Le spectre est divisé en 18 bandes : une bande de 8 coefficients et 17 bandes de 16 coefficients comme décrit dans le tableau de la figure 7.

WO1996021218A1 - Procede de codage de parole a analyse par synthese - Google Patents

Une variante de ce mode de réalisation utilise 20 bandes de largeurs égales 14 coefficients. Pour chaque bande du spectre, l'énergie des coefficients MDCT est calculée facteurs d'échelle. Les 18 facteurs d'échelle constituent l'enveloppe spectrale du signal pondéré qui est ensuite quantifiée, codée et transmise dans la trame.

Ceci permet d'avoir une compatibilité entre l'allocation binaire du codeur et du décodeur. D'abord, un premier calcul du nombre de bits à allouer à chaque bande est effectué ; chacune des valeurs obtenues est arrondie au débit du dictionnaire disponible le plus proche.

Si le débit total alloué n'est pas exactement égal à celui disponible, une seconde phase est utilisée pour réaliser le réajustement. Cette étape se fait par une procédure itérative basée sur un critère énergétique qui ajoute ou retire des bits aux bandes comme décrit dans l'article de Y. Mahieux et JP.

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Ainsi, si le nombre total de bits distribués est inférieur à celui disponible, l'ajout de bits se fait aux bandes où l'amélioration perceptuelle est la plus importante énergie plus importante. Dans le cas contraire où le nombre total de bits distribués est supérieur à celui disponible, l'extraction de bits sur les bandes se fait de manière duale. Finalement, les informations sur le codeur coeur, l'étage d'enrichissement CELP en bande téléphonique, l'étage CELP en bande élargie et enfin l'enveloppe spectrale et les coefficients normalisés codés sont multiplexes et transmis en trame.

La structure de la trame du train binaire est décrite à la figure 9. Il existe plusieurs cas de décodage en fonction du nombre de bits reçus pour une trame, les trois premiers cas sont décrits à partir de fa figure 10 a et le dernier cas à partir de la figure 10 b : [] 1- Le premier concerne la réception du nombre de bits minimum par Ie décodeur. Dans ce cas" seui Ie premier étage est décodé.

Cette synthèse peut être traitée par le post-filtre adaptatif et le posttraitement du décodeur G. Ce signal est sur-échantillonné et filtré pour produire un signal échantillonné à 16 kHz Dans ce cas, le décodeur de coeur ainsi que le premier étage d'enrichissement de l'excitation CELP sont décodés.

Ce signal est ensuite sur-échantillonné et filtré pour produire un signal échantillonné à 16 kHz Dans ce cas, les deux premiers étages de décodage sont tout d'abord réalisés comme dans le cas 2, puis le module d'extension de bande génère un signal échantillonné à 16 kHz après décodage des paramètres des paires de raies spectrales WB-LSF en bande élargie ainsi que des gains associés à l'excitation.

L'excitation en bande élargie est générée à partir des paramètres du codeur coeur et du premier étage d'enrichissement de l'excitation CELP Cette excitation est ensuite filtrée par le filtre de synthèse et éventuellement par le filtre de dé- emphase dans le cas où un filtre de pré-emphase a été utilisé au codeur. On applique un filtre passe-haut au signal obtenu et on adapte l'énergie du signal d'extension de bande à l'aide des gains associés toutes les 5 ms. Ce signal est ensuite ajouté au signal en bande téléphonique échantillonné à 16 kHz obtenu à partir des deux premiers étages de décodage.

Dans le but d'obtenir un signal limité à Hz, ce signal est filtré dans le domaine transformé par mise à 0 des 40 derniers coefficients MDCT avant le passage par la transformée MDCT inverse et le filtre de synthèse pondéré Cet étage correspond à la couche d'amélioration de la qualité du décodage dans Ia bande étendue.

Ce dernier étage est constitué d'un décodeur prédictif par transformée utilisant le filtre de prédiction finéaire issu de la couche d'extension de bande. L'étape 3 décrite précédemment est tout d'abord réalisée. Puis, en fonction du nombre de bits supplémentaires reçus, le schéma de décodage est adapté : [] - Dans le cas où le nombre de bits ne correspond qu'à une partie ou à la totalité de l'enveloppe spectrale , mais que la structure fine n'est pas reçue , L'enveloppe spectrale partielle ou complète est utilisée pour ajuster l'énergie des bandes de coefficients MDCT entre Hz et Hz correspondant à une partie de la transformée du signal généré par l'étage d'extension de bande Ce système permet d'obtenir une amélioration progressive de la qualité audio en fonction du nombre de bits reçu.

L'allocation binaire est effectuée de la même manière qu'à l'encodeur Dans les bandes où la structure fine est reçue, les coefficients MDCT décodés sont calculés à partir de l'enveloppe spectrale et de ia structure fine déquantifiées Dans les bandes spectrales entre Hz et Hz où la structure fine n'a pas été reçue, la procédure du paragraphe précédent est utilisée, c'est à dire que les coefficients MDCT calculés sur le signal obtenu par l'extension de bande -qui constituent un paramètre spectral issu de la couche d'extension de bande-, sont ajustés en énergie à partir de l'enveloppe spectrale reçue Le spectre MDCT utilisé pour la synthèse est donc constitué : d'une part, du signal de synthèse des deux premiers étages de décodage ajouté au signal d'erreur décodé dans les bandes entre 0 et Hz et ; d'autre part, pour les bandes comprises entre Hz et Hz des coefficients MDCT décodés dans les bandes où la structure fine a été reçu et des coefficients MDCT de l'étage d'extension de bande ajustés en énergie pour les autres bandes spectrales et , [] Une transformation MDCT inverse est ensuite appliquée aux coefficients MDCT décodés et un filtrage par le filtre de synthèse pondéré permet d'obtenir Ie signa!

Cette enveloppe spectrale peut être quantifiée par quantification vectorielle. Dans cette variante, l'étage d'amélioration en bande élargie utilise un codage par transformée de type TDAC comme décrit précédemment sans filtrage de pondération.

Ainsi, l'enveloppe spectrale qui est donnée par l'énergie par sous-bande du signal et qui constitue un paramètre spectral est transmise dans l'étage d'extension de bande et sera réutilisée par la couche d'amélioration en bande élargie. Système de codage d'un signai audio hiérarchique, comprenant, au moins, une couche coeur à codage paramétrique par analyse par synthèse dans une première bande de fréquence, une couche d'extension de bande destinée à élargir ladite première bande de fréquence en une deuxième bande de fréquence, dite bande étendue, caractérisé en ce que ledit système comprend également une couche d'amélioration de la qualité du codage audio dans la bande étendue, basée sur un codage par transformée utilisant un paramètre spectral issu de ladite couche d'extension de bande.

Système de codage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit système comprend également une couche d'amélioration de la qualité de codage audio dans ladite première bande de fréquence. Système de codage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit codage paramétrique par analyse par synthèse est un codage CELP. Système de codage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit paramètre spectral est une enveloppe spectrale issue de la couche d'extension de bande.

Système de codage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite enveloppe spectrale est spécifiée par un filtre de prédiction linéaire en bande étendue. Système de codage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite enveloppe spectrale est donnée par l'énergie par sous-bande du signal.

Système de codage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit paramètre spectral est au moins une partie de la transformée du signal synthétisé par la couche d'extension de bande. Système de codage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit système comprend un module d'ajustement progressif de l'énergie dans des sous-bandes de la transformée du signal synthétisé par la couche d'extension de bande. Procédé pour la mise en oeuvre du système de codage selon la revendication 4, comprenant les étapes suivantes : - codage d'un signal original dans ladite première bande de fréquence, - codage du signal original dans une extension de la première bande de fréquence, utilisant une enveloppe spectrale, - calcul d'un signal résiduel à partir du signal original et des signaux issus des opérations de codage précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé comprend également une étape de production d'une couche d'amélioration de la qualité du codage audio utilisant un codage par transformée, ledit codage par transformée dudit signal résiduel utilisant ladite enveloppe spectrale.

Procédé pour la mise en oeuvre du système de codage selon la revendication 7, comprenant les étapes suivantes : - codage d'un signal original dans ladite première bande de fréquence, - codage du signal original dans une couche d'extension de la première bande de fréquence, - calcul d'un signal résiduel à partir du signal original et des signaux issus des opérations de codage précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé comprend également une étape de production d'une couche d'amélioration utilisant un codage par transformée dudit signal résiduel, ledit codage par transformée utilisant la transformée du signal synthétisé par la couche d'extension de bande.

Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape d'ajustement progressif de l'énergie dans des sous-bandes de la transformée du signal synthétisé par la couche d'extension de bande. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de programme pour la mise en oeuvre des étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur.

Codeur audio hiérarchique, comprenant : - un codeur coeur à codage paramétrique par analyse par synthèse, destiné à coder un signal original dans une première bande de fréquence, - un étage de codage dans une extension de la première bande de fréquence, comprenant une enveloppe spectrale , - un étage de calcul d'un signal résiduel à partir du signal original et des signaux issus des étages de codage précédents, caractérisé en ce que ledit codeur comprend également un étage d'amélioration de la qualité du codage audio en bande étendue par codage par transformée incluant une transformée inverse, utilisant ladite enveloppe spectrale Codeur audio hiérarchique, comprenant : - un codeur coeur à codage paramétrique par analyse par synthèse, destiné à coder un signal original dans une première bande de fréquence, - un étage de codage dans une extension de la première bande de fréquence, - un étage de calcul d'un signa!

Codeur selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que ledit codeur coeur comporte un étage d'amélioration de la qualité du codage audio dans ladite première bande de fréquence. Codeur selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que ladite transformée est une transformée en cosinus discrète modifiée MDCT.

Décodeur audio hiérarchique, comprenant : - un décodeur coeur à codage paramétrique par analyse par synthèse destiné à décoder dans une première bande de fréquence un signal reçu codé par le codeur selon la revendication 13, - un étage de décodage dans une extension de la première bande de fréquence, comprenant une enveloppe spectrale.

Décodeur audio hiérarchique, comprenant : - un décodeur coeur à codage paramétrique par analyse par synthèse destiné à décoder dans une première bande de fréquence un signal reçu codé par le codeur selon la revendication 14, - un étage de décodage dans une extension de la première bande de fréquence, caractérisé en ce que ledit décodeur comprend également un étage d'amélioration de la qualité du décodage audio en bande étendue par décodage par transformée incluant une transformée inverse, utilisant la transformée du signal synthétisé par la couche d'extension de bande.

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