Applied Speech and Audio Processing: With matlab examples

Speech communications
the static codebook storage is no longer required. For memory-constrained embedded
systems, this may well be a significant consideration.
5.4.3
Split codebook schemes
Unlike ACELP (above, Section 5.4.2) which reduces the computational complexity of
the LPC filtering process, split codebook schemes attempt to reduce the ‘search space’.
By default the search space is the entire codebook since each element in the codebook
is tested in turn, and there may be very many such elements. If there were some way
to reduce the number of candidate excitation vectors tested, then complexity can be
reduced.
Two main methods exist. The first one is to order the codebook in such a way that the
codewords are arranged by known approximate characteristic. Through one of several
different predictive processes, it is possible to determine the rough spectral or time-
domain characteristic of the vector required for a particular speech analysis frame. Only
codewords fitting the required description need be tested as candidates. Occasionally
such a system may make a suboptimal choice, but given a sufficiently good predictive
algorithm, such events may be rare.
The second method is to use two or more different codebooks with orthogonal prop-
erties. Each orthogonal property is found separately, and the two codebooks can be
searched independently. As an example of a dual-codebook system, codebook 1 – per-
haps carrying a selection of spectral distributions – is searched with codebook 2 set to
some arbitrary value. Once the best match from codebook 1 is found, this is maintained
whilst codebook 2 – perhaps carrying temporal envelope information – is searched.
Ideally the two are orthogonal (meaning that whichever codeword from one codebook
is used, the best match from the other codebook will not change for a particular frame
of analysed speech).
At one extreme, a split system could be a mixed excitation linear prediction (MELP)
coder – although this name is typically reserved for coders with split excitation that do not
utilise a codebook (and hence do not perform analysis-by-synthesis) [21]. VSELP (vector
sum excited linear prediction [22]) is a common split system with ordered codebooks
that are searched independently, with the best codeword from each added together to
provide the excitation vector. In this case, each codebook output is subject to an individual
scaling factor. Less important for this discussion, but a fact which should be mentioned
for consistency, is that in the VSELP coder one of those codebooks is used to replace
the LTP pitch filter. This codebook is pitch-adaptive, and is obviously searched, and
optimised, before the other two codebooks of candidate vectors are searched.
5.4.4
Forward–backward CELP
When using a speech coder such as CELP in a real application, it will naturally take
some time for a particular sound of speech to travel from the input microphone, through
the system, and arrive at the output loudspeaker. Apart from the transmission of speech
through wiring (or fibre optics, or wireless), processing takes some finite time.

---