專利名稱：用于抑制語(yǔ)音信號(hào)噪聲的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于尤其是受干擾語(yǔ)音信號(hào)的語(yǔ)音處理的一種方法和一種裝置。
近年來(lái)移動(dòng)通信領(lǐng)域中的迅速的技術(shù)發(fā)展已導(dǎo)至對(duì)語(yǔ)音處理，尤其對(duì)語(yǔ)音編碼和抑制干擾噪聲的持續(xù)增高的要求，這尤其歸因于帶寬的越來(lái)越短缺和對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的持續(xù)增長(zhǎng)的要求。
所述語(yǔ)音處理的主要組成部分在于，估算和必要時(shí)在輸入信號(hào)中抑制干擾信號(hào)或干擾噪聲，以便盡可能僅僅傳輸語(yǔ)音信號(hào)，例如由拾音器所拾取的語(yǔ)音信號(hào)通常伴有該干擾信號(hào)或干擾噪聲。不過(guò)在用于抑制干擾噪聲的通常的方法中，常常在背景信號(hào)中產(chǎn)生不受歡迎的人工因素(Artefakt)，也稱為音樂(lè)聲。
本發(fā)明的任務(wù)是說(shuō)明一種用于語(yǔ)音處理的技術(shù)原理，該原理使以低的數(shù)據(jù)速率和高的質(zhì)量來(lái)傳輸語(yǔ)音成為可能。
通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的所述特征來(lái)解決該任務(wù)。由從屬權(quán)利要求中產(chǎn)生有利的和合理的改進(jìn)方案。
因此本發(fā)明首先基于以下思路，在通過(guò)低速率的語(yǔ)音編解碼器編碼之前，將伴有干擾信號(hào)的語(yǔ)音信號(hào)的頻率分量與時(shí)間上變化的與頻率有關(guān)的加權(quán)系數(shù)相乘，其中，將一個(gè)頻率分量與一個(gè)當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)相乘，如果該當(dāng)前加權(quán)系數(shù)小于所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)，并且其中，將一個(gè)頻率分量與所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)相乘，如果該加權(quán)系數(shù)小于所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)。人們?cè)诖藢⒌退俾实恼Z(yǔ)音編解碼器尤其理解為一種提供數(shù)據(jù)速率小于每秒5kBit的語(yǔ)音編解碼器。
因此達(dá)到了如此來(lái)衰減加在語(yǔ)音信號(hào)上的干擾信號(hào)，使得在微小的計(jì)算工作量或存儲(chǔ)工作量的情況下可以用良好的質(zhì)量來(lái)傳輸語(yǔ)音。
本發(fā)明在此首先基于以下的認(rèn)識(shí)，只有當(dāng)盡可能避免或減少了-上面已闡述的-人工因素時(shí)，才可能在采用低速率的語(yǔ)音編解碼器時(shí)達(dá)到良好的語(yǔ)音質(zhì)量。這曾可以通過(guò)采用費(fèi)事的本來(lái)為該目的所制定的模擬工具來(lái)識(shí)別。
此外本發(fā)明還基于以下的認(rèn)識(shí)，-正如也是費(fèi)事的模擬所表明的那樣-通過(guò)專門采用當(dāng)前或最后計(jì)算的加權(quán)系數(shù)來(lái)減少背景信號(hào)中的，尤其是在語(yǔ)音間歇期間的人工因素。
最后也通過(guò)范圍廣泛的模擬已證實(shí)本發(fā)明的這種有利的作用，即用于抑制干擾噪聲的特殊方法與低速率的語(yǔ)音編解碼器相組合，該語(yǔ)音編解碼器尤其提供在每秒3kBit和每秒5kBit之間的數(shù)據(jù)速率。
在其它或從屬權(quán)利要求中，所闡述的改進(jìn)方案、擴(kuò)展方案和實(shí)施變型既包含在與所述方法的組合中，也包含在與本發(fā)明裝置的組合中。
以下借助優(yōu)選的實(shí)施例來(lái)詳述本發(fā)明，其中，包含在其中的特征也可以包含在基于本發(fā)明的其它的組合中。下列的附圖應(yīng)該用來(lái)闡述這些實(shí)施例

圖1為用于語(yǔ)音處理方法的簡(jiǎn)化的方框電路圖；圖2為用于抑制干擾噪聲方法的流程圖；圖3為用于語(yǔ)音處理裝置的簡(jiǎn)化的方框電路圖。
圖1展示了用于語(yǔ)音處理方法的方框電路圖。該方法可以粗略地劃分為共同起作用的方框抑制干擾噪聲和連接在其后的低速率語(yǔ)音編解碼器NSC。作為這種語(yǔ)音編解碼器的一種例如提供每秒4kBit數(shù)據(jù)速率的低速率語(yǔ)音編解碼器是公知的，因此在此不進(jìn)一步敘述。
所述用于抑制干擾噪聲的方法可以細(xì)分為多個(gè)以下要闡述的功能塊。
方框分析AN和方框合成SY形成了所述用于抑制干擾噪聲的方法的框架。輸入信號(hào)在分析AN之前所進(jìn)行的(圖中未示出的)分段，以及所采用的塊大小是如此來(lái)與所述的低速率語(yǔ)音編解碼器協(xié)調(diào)的，使得信號(hào)由于抑制干擾噪聲所引起的算法滯后保持盡可能小。輸入信號(hào)x(k)的分段，在8kHz的掃描速率時(shí)例如在20ms時(shí)的塊中進(jìn)行。用規(guī)定的塊長(zhǎng)度也可以逐段地來(lái)實(shí)現(xiàn)將所處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給語(yǔ)音編解碼器。
所述的分析AN在此可以包括窗口(Fensterung)、零填充(Zero-Padding)、和通過(guò)傅里葉變換來(lái)變換成頻率范圍，而所述的合成SY可以包括通過(guò)反傅里葉變換來(lái)反變換成時(shí)間范圍，以及按重疊相加(Overlap Add)法的信號(hào)重組。
來(lái)自分析AN的頻率分量具有一個(gè)實(shí)數(shù)部分和一個(gè)虛數(shù)部分，或具有一個(gè)幅度和一個(gè)相位。為了減小工作量，例如借助Bark表(Barktabelle)首先將相鄰的不同頻率分量的幅度匯總成頻率組FGZU1。
針對(duì)每個(gè)頻率組借助先驗(yàn)和后驗(yàn)的信噪比來(lái)執(zhí)行增益計(jì)算VB，該增益計(jì)算所得出的結(jié)果為各個(gè)頻率組的幅度的加權(quán)系數(shù)。從受干擾輸入信號(hào)的功率密度譜和先驗(yàn)噪聲估算GS中可以導(dǎo)出所述的先驗(yàn)信噪比。從受干擾輸入信號(hào)的功率密度譜和緩沖存儲(chǔ)器(Pufferung)P的輸出信號(hào)中可以計(jì)算出所述的后驗(yàn)信噪比，又通過(guò)頻率組匯總FGZU2給該緩沖存儲(chǔ)器輸送匯總的已修正的頻率分量。
在分解FGZE事先匯總成頻率組的頻率分量之前，并在所述的頻率組與各自的用于抑制干擾噪聲的針對(duì)相應(yīng)頻率組所計(jì)算的加權(quán)系數(shù)相乘之前，所述的加權(quán)系數(shù)經(jīng)受所謂的最小濾波(Minimum-Filterung)MF，稍后將借助附圖2詳述該最小濾波。
因此為了估算干擾噪聲，主要進(jìn)行對(duì)來(lái)自所述輸入信號(hào)的背景噪聲的功率密度的估算。為了降低所需要的計(jì)算功能以及存儲(chǔ)器占用，僅在少數(shù)的部分頻帶(Teilband)中執(zhí)行先驗(yàn)噪聲估算、增益計(jì)算、暫存為了干擾信號(hào)抑制而修改的信號(hào)幅度、和最小濾波器(Minium-Filter)。為此，使用用于頻率組匯總的兩個(gè)方框，將被變換成頻率范圍的輸入信號(hào)的幅度和為了干擾信號(hào)抑制而修改的信號(hào)的幅度匯總成部分頻帶。所述部分頻帶的寬度在此以Bark刻度為依據(jù)，并因此隨頻率而變化。通過(guò)所述的方框頻率組分解，將最小濾波器的每個(gè)頻率組的輸出信號(hào)分布到相應(yīng)的頻率分量或傅里葉系數(shù)上。為了計(jì)算出緩沖存儲(chǔ)器方框的輸入信號(hào)，在另一個(gè)實(shí)施變型中，也可以替代為了抑制干擾信號(hào)而修改的信號(hào)的頻率組匯總，而將輸入信號(hào)的匯總成頻率組的幅度逐單元地與最小濾波器的輸出信號(hào)相乘。
在干擾噪聲估算之外還進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)分量的后驗(yàn)估算。為此在方框緩沖存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)了為了降低噪聲而修改的幅度值的匯總成頻率組的信號(hào)。除了匯總成頻率組的輸入信號(hào)的幅度值之外，先驗(yàn)噪聲估算的輸出信號(hào)和緩沖存儲(chǔ)器的輸出信號(hào)用來(lái)計(jì)算增益計(jì)算。從所述的增益計(jì)算中得出加權(quán)系數(shù)，將這些加權(quán)系數(shù)輸送給一個(gè)-下面將詳述的-最小濾波器。所述的最小濾波器最終求出所述的加權(quán)系數(shù)，這些加權(quán)系數(shù)安排用于與頻率組的頻率分量相乘。
借助附圖2中所示出的流程圖，現(xiàn)在來(lái)詳述一個(gè)用于語(yǔ)音信號(hào)的抑制干擾噪聲的簡(jiǎn)化的實(shí)施變型。在此不采用附圖1中所示出的方框頻率組匯總FGZU1，F(xiàn)GZU2和方框頻率組分解。
通過(guò)掃描裝置和連接在其后的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將由拾音器所拾取的受干擾的語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成伴有干擾n(k)的輸入的數(shù)字式語(yǔ)音信號(hào)s(k)。將該輸入信號(hào)在時(shí)間上分段(segmentieren)成塊(塊，m)(101)，并將所述的塊(塊，m)按時(shí)間順序通過(guò)變換成頻率范圍而分別映射到I頻率分量f(i，m)上(102)，其中，m代表時(shí)間，而i代表頻率。這例如可以通過(guò)傅里葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果用X(i，m)來(lái)表示輸入信號(hào)的傅里葉系數(shù)，則值|X(i，m)|^2可以稱為頻率分量。
在上述的分段101和變換成頻率范圍102之后，將語(yǔ)音信號(hào)的頻率分量f(i，m)與加權(quán)系數(shù)H(i，m)相乘，其中，該加權(quán)系數(shù)例如可以從上面已經(jīng)闡述的所估算的先驗(yàn)和后驗(yàn)信噪比中導(dǎo)出。從受干擾輸入信號(hào)的功率密度譜和先驗(yàn)噪聲估算中可以導(dǎo)出所述的先驗(yàn)信噪比。從受干擾輸入信號(hào)的功率密度譜和緩沖存儲(chǔ)器的輸出信號(hào)中可以計(jì)算出所述的后驗(yàn)信噪比。
與頻率或與頻率分量有關(guān)的加權(quán)系數(shù)在此是隨時(shí)間變化的，并按照隨時(shí)間變化的頻率分量來(lái)不斷更新地求出。為了避免背景信號(hào)中的不受歡迎的人工因素，不過(guò)為了實(shí)現(xiàn)最小濾波器，不總是將所述當(dāng)前針對(duì)該頻率分量計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)H(i，m)用于與一個(gè)頻率分量f(i，m)的相乘，而是如果所述最后，即在上一個(gè)步驟中，針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)H(i，m-1)小于所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)，才采用所述最后，即在上一個(gè)步驟中，針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)H(i，m-1)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施變型規(guī)定，將一個(gè)頻率分量與當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)相乘，如果與頻率有關(guān)的加權(quán)系數(shù)位于一個(gè)閾值之上，甚至于如果最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)小于當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)。
這可以通過(guò)一個(gè)濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該濾波器將當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)分別與在同樣頻率時(shí)的時(shí)間上位于前面的加權(quán)系數(shù)相比較，并選出兩個(gè)值中的較小者用于所述的頻率分量。如果由當(dāng)前加權(quán)系數(shù)超過(guò)固定的閾值0.76，則不進(jìn)行頻率分量修改。
附圖4展示了一個(gè)譬如微控制器那樣的程控處理器裝置PE，該處理器裝置也可以包括一個(gè)處理器CPU和一個(gè)存儲(chǔ)器裝置SPE。
按實(shí)施變型不同，在此在處理器裝置PE之內(nèi)或之外，可以布置其它的-分配給處理器裝置的、屬于處理器裝置的、由處理器裝置控制的或控制處理器裝置的-組件，這些組件的功能與處理器裝置相結(jié)合對(duì)于專業(yè)人員是足夠已知的，并因此在此對(duì)這些組件不再詳述。所述不同的組件可以通過(guò)總線系統(tǒng)BUS、或輸入/輸出接口IOS、和必要時(shí)(未示出的)合適的控制器來(lái)與所述處理器裝置PE交換數(shù)據(jù)。所述處理器裝置PE在此可以是譬如通信終端設(shè)備或移動(dòng)電話那樣的電子設(shè)備的組成部分，并也可以控制其它的專門用于所述電子設(shè)備的方法和應(yīng)用程序(Anwendungen)。
按實(shí)施變型不同，也可以將可能涉及一個(gè)或多個(gè)易失或非易失RAM或ROM存儲(chǔ)器模塊的存儲(chǔ)器裝置SPE，或存儲(chǔ)器裝置SPE的部分來(lái)實(shí)現(xiàn)為(附圖中示出的)處理器裝置的部分，或可以實(shí)現(xiàn)為(附圖中未示出的)外部的存儲(chǔ)器裝置，該存儲(chǔ)器裝置定位在處理器裝置PE之外，或甚至定位在含有所述處理器裝置PE的設(shè)備之外，并通過(guò)導(dǎo)線或總線系統(tǒng)與所述的處理器裝置PE相連接。
在存儲(chǔ)器裝置SPE中存放了程序數(shù)據(jù)，將這些程序數(shù)據(jù)用于控制設(shè)備，以及控制用于語(yǔ)音處理的和用于干擾信號(hào)抑制的方法。通過(guò)程控的處理器或本來(lái)為該目的而安排的微電路來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的功能組件，這屬于專業(yè)人員的工作范圍。
通過(guò)輸入/輸出接口IOS可將伴有干擾的數(shù)字式語(yǔ)音信號(hào)輸送給所述的處理器裝置PE。除處理器CPU外還可以安排一個(gè)數(shù)字式信號(hào)處理器DSP，以便完全或部分地實(shí)施上述方法的步驟。
權(quán)利要求
1.用于語(yǔ)音處理的方法，-其中，將一個(gè)輸入的數(shù)字式語(yǔ)音信號(hào)s(k)按時(shí)間分段成塊(塊，m)(101)，-其中，將所述的塊(塊，m)按時(shí)間順序通過(guò)變換成所述的頻率范圍來(lái)分別映射到頻率分量(f，i)上(102)，-將所述的頻率分量與隨時(shí)間變化的與頻率有關(guān)的加權(quán)系數(shù)相乘，-其中，將一個(gè)頻率分量與所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)相乘，如果該加權(quán)系數(shù)小于所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)，-其中，將一個(gè)頻率分量與所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)相乘，如果該加權(quán)系數(shù)小于所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)，和-其中，在反變換成所述的時(shí)間范圍之后將所述如此加權(quán)的頻率分量輸送給低速率的語(yǔ)音編解碼器。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中將一個(gè)頻率分量與所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)相乘，如果所述與頻率有關(guān)的加權(quán)系數(shù)位于一個(gè)閾值之上，甚至于如果所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)小于所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)。
3.用于抑制干擾噪聲的裝置-具有數(shù)字式語(yǔ)音信號(hào)用的一個(gè)輸入端(IOS)，和-具有一個(gè)如此設(shè)置的處理器裝置(PE)，使得-將一個(gè)輸入的數(shù)字式語(yǔ)音信號(hào)s(k)按時(shí)間分段成塊(塊，m)(101)，-將所述的塊(塊，m)按時(shí)間順序通過(guò)變換成所述的頻率范圍來(lái)分別映射到頻率分量(f，i)上(102)，-將所述的頻率分量與隨時(shí)間變化的與頻率有關(guān)的加權(quán)系數(shù)相乘，-其中，將一個(gè)頻率分量與所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)相乘，如果該加權(quán)系數(shù)小于所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)，和-其中，將一個(gè)頻率分量與所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)相乘，如果該加權(quán)系數(shù)小于所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)，以及使得-在反變換成所述的時(shí)間范圍之后，所述如此加權(quán)的頻率分量經(jīng)受低速率的語(yǔ)音編碼。
4.按權(quán)利要求3的裝置，其中-將一個(gè)頻率分量與所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)相乘，如果所述的與頻率有關(guān)的加權(quán)系數(shù)位于一個(gè)閾值之上，甚至于如果所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)小于所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)。
全文摘要
在低速率語(yǔ)音編碼之前，將輸入的數(shù)字式語(yǔ)音信號(hào)s(k)按時(shí)間分段成塊(塊，m)(101)，將所述的塊(塊，m)按時(shí)間順序通過(guò)變換成所述的頻率范圍來(lái)分別映射到頻率分量f(i，m)上(102)，并將所述的頻率分量與隨時(shí)間變化的與頻率有關(guān)的加權(quán)系數(shù)相乘，其中，如果該加權(quán)系數(shù)小于所述當(dāng)前的加權(quán)系數(shù)，則將一個(gè)頻率分量與所述最后針對(duì)該頻率分量所計(jì)算出的加權(quán)系數(shù)相乘。
文檔編號(hào)G10L21/0208GK1568503SQ02820101
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2002年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者M·伊勒, F·瓦爾特 申請(qǐng)人:西門子公司