專利名稱：一種語音編解碼過程中噪聲整形的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及噪聲整形技術(shù)，特別涉及一種語音編解碼過程中噪聲整形的 方法及裝置。
背景技術(shù)：
在語音的編解碼過程中，輸入信號經(jīng)編碼端編碼后，傳輸?shù)浇獯a端解碼， 解碼后的輸出信號與編碼前的輸入信號之間的差值稱為殘差信號，殘差信號 是由于輸入信號編碼量化誤差引起的，也就是說，殘差信號是一種量化噪聲。
噪聲整形(Noise Shaping )技術(shù)是利用人耳的掩蔽效應，即一個較弱的 聲音的聽覺感受被一個較強的聲音影響的現(xiàn)象，對語音編解碼量化過程中產(chǎn) 生的殘差(量化噪聲)信號進行整形，提高輸出語音的主觀聽覺質(zhì)量的技術(shù)。 根據(jù)人耳的掩蔽效應，通過噪聲整形將噪聲譜調(diào)整為近似語音譜的形狀，提 高編碼后的語音感知質(zhì)量，使噪聲不容易被覺察。
圖1為現(xiàn)有噪聲整形的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖l所示，包括編碼端預測濾 波器、量化器(編碼器)、編碼端解碼器、噪聲整形濾波器、解碼端解碼器、 加法器l、加法器2、加法器3、加法器4及解碼端預測濾波器，其中，
編碼端預測濾波器接收原始語音輸入信號d("),生成預測信號c/(")，將 預測信號d(w)輸出至加法器1;
加法器1，接收原始語音輸入信號c^7)和編碼端預測信號d(n')，計算出 原始語音輸入信號與編碼端預測信號)的差值，得到預測殘差信號 d("。) ， llr出至力口法器2;
加法器2，將加法器1輸出的編碼端預測殘差信號d("。)以及噪聲整形濾 波器輸出的殘差反饋信號/9(/7)相加，獲取輸入編碼器的信號"(")，分別向編
碼器及加法器3輸出；
量化器(編碼器)，對輸入編碼器的信號"(")進行量化編碼，獲取編碼
后的殘差信號 (")，向加法器4及編碼端解碼器輸出；
編碼端解碼器，接收編碼后的殘差信號 (n),進行解碼，獲取編碼端解 碼后的殘差信號)，向加法器3輸出；
加法器3，將編碼端解碼器輸出的編碼端解碼后的殘差信號^(")以及加 法器2輸出的輸入編碼器的信號"(")相減，獲取殘差(量化噪聲)信號W")，
向噪聲整形濾波器輸出；
噪聲整形濾波器，接收加法器3輸出的殘差信號《(M)，進行整形，將噪
聲譜調(diào)整為近似語音譜的形狀，得到殘差反饋信號y;(")，向加法器2輸出；
解碼端解碼器，用于將接收到的編碼后的殘差信號^W進行解碼，獲取 解碼端解碼后的殘差信號向加法器4輸出；
加法器4,接收解碼端解碼器輸出的解碼端解碼后的殘差信號^("")以及 解碼端預測濾波器輸出的解碼端預測信號J("。)，將兩信號相加，獲取輸出 的語音信號。(n),向用戶和解碼端預測濾波器輸出；
解碼端預測濾波器，接收加法器4輸出的語音信號。(")，獲取解碼端預 測信號1("。)，向加法器4輸出。
由圖1中可以看出，在噪聲整形的過程中，編碼端使用預測濾波器生成 編碼端預測信號，由于使用預測編碼，在解碼端也必須使用預測濾波器才能 得到輸出的語音信號，而且，噪聲整形濾波器的選取依賴于選取的預測濾波 器，可調(diào)整度較低。
針對于噪聲整形濾波器的選取依賴于選取的預測濾波器的情況，提出了 一種不依賴于預測濾波器的噪聲整形技術(shù)。
圖2為現(xiàn)有噪聲整形編碼端的另一結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，包括加 法器l、加法器2、編碼器、本地解碼器及一階噪聲整形濾波器F,其中
加法器1，接收原始語音輸入信號c/(")和一階噪聲整形濾波器F輸出的 殘差反饋信號《(《),將兩信號相加，得到輸入編碼器的語音信號《(n),向編
碼器輸出；
編碼器，接收輸入編碼器的語音信號《o)進行量化編碼，獲取編碼后的
語音信號《(M)，形成碼流，向本地解碼器及解碼端輸出；
本地解碼器，接收編碼后的語音信號《(")，進行解碼，獲取編碼端解碼 后的語音信號《(w),向加法器2輸出；
加法器2，將接收的原始語音輸入信號d(")和編碼端解碼后的語音信號 《(w)相減，獲取殘差信號《(w)，向一階噪聲整形濾波器F輸出；
一階噪聲整形濾波器F，采用一階濾波器結(jié)構(gòu)，其Z函數(shù)形式為-0.8Z-'， 接收加法器2輸出的殘差信號《(")，進行整形，將噪聲語調(diào)整為近似語音譜 的形狀，得到殘差反饋信號《W ，向加法器1輸出。
圖3為現(xiàn)有一階噪聲整形濾波器F的頻率響應示意圖。如圖3所示，圖 中橫坐標為歸一化頻率，取值為0-1，縱坐標為增益,
由圖2和圖3中可以看出，由于該一階噪聲整形濾波器F對殘差信號進 行整形濾波后輸出殘差反饋信號至給加法器1,加法器l根據(jù)殘差反饋信號 對原始輸入的語音信號進行修正后向編碼器輸出，編碼器編碼后向解碼端輸 出，解碼端解碼獲取最終的語音信號，不需要使用預測濾波器，并能消除一 定的可感知的量化噪聲。
語音信號的能量大部分集中在低頻部分，即低頻部分語音信號能量較 高，當?shù)皖l部分量化噪聲能量稍增加時，由于人耳的掩蔽效應，對解碼后的 語音信號主觀聽覺質(zhì)量影響不大，而對于中高頻語音信號，其能量較低，量 化噪聲對其影響較大。因此，對于圖2所示的一階噪聲整形濾波器F，對語 音信號進行量化編碼產(chǎn)生的低頻殘差信號整形效果較好，但對語音信號進行 量化編碼產(chǎn)生的中高頻殘差信號整形效果較差，未能較好的抑制中高頻信號 的噪聲，使得解碼后的語音信號主觀聽覺質(zhì)量不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種語音編解碼過程中噪聲整形的方法，對語音信號 進行量化編碼產(chǎn)生的殘差信號整形，提高解碼后的語音信號主觀聽覺質(zhì)量。
本發(fā)明實施例還提供一種語音編解碼過程中噪聲整形的裝置，對語音信 號進行量化編碼產(chǎn)生的殘差信號整形，提高解碼后的語音信號主觀聽覺質(zhì)量。
為達到上述目的，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的
一種語音編解碼過程中噪聲整形的方法，該方法包括
根據(jù)解碼后的語音信號獲取殘差信號，對獲取的殘差信號進行二階或高 階零極點噪聲整形濾波。
一種語音編解碼過程中噪聲整形的裝置，該裝置包括第一加法器、第二 加法器、編碼器、本地解碼器、二階或高階零極點噪聲整形濾波器，其中，
第一加法器，用于獲取輸入編碼器的語音信號，向編碼器輸出；
編碼器，用于接收輸入編碼器的語音信號，進行量化編碼，獲取編碼后的 語音信號，向本地解碼器輸出；
本地解碼器，用于接收編碼后的語音信號，進行解碼，獲取解碼后的語音 信號，向第二加法器輸出；
第二加法器，用于根據(jù)解碼后的語音信號獲取殘差信號，向二階或高階零 極點噪聲整形濾波器輸出；
二階或高階零極點噪聲整形濾波器，用于接收第二加法器輸出的殘差信 號，對該殘差信號進行整形濾波。
由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明實施例的一種語音編解碼過程中噪聲整形 的方法及裝置，通過采用二階或高階零極點噪聲整形濾波器對原始語音輸入 信號與編碼端解碼后的語音信號的誤差，即量化噪聲進行整形濾波，利用人 耳的掩蔽效應，抑制量化噪聲的中高頻部分，提高了解碼后的語音信號主觀 聽覺質(zhì)量，而且不需改變原有語音編解碼器輸出的碼流。


圖1為現(xiàn)有噪聲整形的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為現(xiàn)有噪聲整形編碼端的另 一結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為現(xiàn)有一階噪聲整形濾波器F的頻率響應示意圖。
圖4為本發(fā)明實施例一種語音編解碼過程中噪聲整形的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例二階零極點噪聲整形濾波器的頻率響應示意圖。 圖6為本發(fā)明實施例一種語音編解碼過程中噪聲整形的方法流程示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉 實施例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
本發(fā)明實施例是通過二階零極點噪聲整形濾波器對編解碼后的殘差信 號，即量化噪聲的頻譜在編碼端進行整形，抑制量化噪聲的中高頻部分，利 用人耳的掩蔽效應，使得當?shù)皖l部分的量化噪聲能量小于語音能量的時候， 主觀聽覺不易覺察噪聲的存在，提高解碼后中高頻的語音信號主觀聽覺質(zhì) 量，不需改變原有語音編解碼器輸出的碼流。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了 一種語音編解碼過程中噪聲整形的裝置。
圖4為本發(fā)明實施例一種語音編解碼過程中噪聲整形的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖4所示，包括加法器41、加法器42、編碼器43、本地解碼器44 及二階零極點噪聲整形濾波器45，其中，
加法器41，用于獲取輸入編碼器的語音信號《(")，向編碼器43;
編碼器43，接收輸入編碼器的語音信號t/,W進行量化編碼，獲取編碼后 的語音信號《0),向本地解碼器輸出；
本地解碼器44，用于接收編碼后的語音信號《(M)，進行解碼，獲取編
碼端解碼后的語音信號《(")，向加法器42輸出；
加法器42，用于根據(jù)解碼后的語音信號《(")獲取殘差信號《(力，向二階 零極點噪聲整形濾波器45輸出；
二階零極點噪聲整形濾波器45，用于接收加法器42輸出的殘差信號 《O)，進4亍整形濾波。
實際應用中，加法器41將原始語音輸入信號和二階或高階零極點噪聲 整形濾波器輸出的上一次殘差反饋信號相加，獲取輸入編碼器的語音信號。
加法器42獲取殘差信號可以通過以下兩種方式
加法器41將獲取的輸入編碼器的語音信號《(w)輸出給加法器42，加法 器42將接收的解碼后的語音信號《(")與輸入編碼器的語音信號《(《)相減， 獲耳又殘差信號《(w)，或，
加法器42接收原始語音輸入信號c/("),將接收的解碼后的語音信號《(力 與原始語音輸入信號c/(n)相減，獲取殘差信號。
下面對本發(fā)明實施例涉及的二階零極點噪聲整形濾波器進行說明。
二階零極點噪聲整形濾波器用于對殘差信號，即量化誤差的頻譜在編碼 端進行整形濾波，其z函數(shù)形式為
式中，a, 2, A, A為濾波器的系數(shù)，在本實施例中，濾波器系數(shù)的 選擇主要依據(jù)零點位置和低頻、中高頻相應的增益。零點將頻帶劃分為低頻 部分和中高頻部分，即零點的位置為低頻和中高頻的分界點。如果零點位置 偏向坐標原點，即歸一化頻率較低，則相應的低頻部分噪聲增益過大，影響 主觀聽覺對低頻部分的感受；如果零點位置遠離坐標原點，即歸一化頻率較 高，則相應的中高頻部分噪聲增益抑制過少，起不到抑制中高頻噪聲的效果。
圖5為本發(fā)明實施例二階零極點噪聲整形濾波器的頻率響應示意圖。如 說明書第7/8頁
圖5所示，濾波器系凄t如下^ =—1.0， a2=0.3, A=—O.35, A =0.85,其具 體特征為，零點在歸一化頻率的0.4以下，對應的頻率在1600Hz以下，為 低頻部分，其增益在17dB以下；1600Hz以上為中高頻部分，增益在-7dB 以下。與圖3相比，圖5中，在低頻部分，量化噪聲的增益有所提高，但實 際應用中，由于人耳的掩蔽效應，當?shù)皖l部分的量化噪聲能量小于語音能量 的時候，主觀聽覺不易覺察噪聲的存在；而在中高頻部分，量化噪聲的增益 明顯下降，也就是說，有效地抑制了量化噪聲的中高頻部分，提高了解碼后 中高頻的語音信號主觀聽覺質(zhì)量。
實際應用中，也可以使用高階零極點噪聲整形濾波器對量化噪聲進行整 形濾波，其Z函數(shù)形式為
<formula>formula see original document page 10</formula> (2)
式中，/、 7、 6均為大于等于i的正整數(shù)，分別代表濾波器零、極點的
階數(shù)；《,、 A為相應的高階濾波器系數(shù)；A為比例系數(shù)。濾波器系數(shù)的選擇
主要還是依據(jù)零點位置和低頻、中高頻相應的增益，零點將頻帶劃分為低頻 部分和中高頻部分，即零點的位置為低頻和中高頻的分界點，如果零點位置
偏向坐標原點，即歸一化頻率較低，則相應的低頻部分噪聲增益過大，影響 主觀聽覺對低頻部分的感受；如果零點位置遠離坐標原點，即歸一化頻率較 高，則相應的中高頻部分噪聲增益抑制過少，起不到抑制中高頻噪聲的效果。
具體來說，對于圖5所示的二階零極點噪聲整形濾波器，其對應參數(shù)為 / = 1， 乂 = 1, yt = 2, A = —1.0, a, =—0.3， A =—0.35， 爲=0.85。
實際應用中，高階可以是三階或更高階。
圖6為本發(fā)明實施例一種語音編解碼過程中噪聲整形的方法流程示意 圖。參見圖6,該流程包含
步驟601，將原始語音輸入信號J(")和殘差反饋信號/J")相加，得到輸
入編碼器的語音信號《(")；
步驟602,對輸入編碼器的語音信號4(")進行量化編碼，獲取編碼后的 語音信號《(")；
本步驟中，編碼后的語音信號《(")被分成兩路， 一路形成向解碼端輸出， 解碼端接收輸出的碼流，對碼流進行解碼，獲取最終的語音信號；另一路作 為反饋信號，輸出至本地解碼器進行解碼。
步驟603,對編碼后的語音信號^(M)進行解碼，獲取編碼端解碼后的語
音信號《(")，與輸入編碼器的語音信號《(")相減，獲取殘差信號g(");
本步驟中，獲取編碼端解碼后的語音信號《(")后，也可以是與原始語音
輸入信號t/o)相減，來獲取殘差信號《(w)。
步驟604，對獲取的殘差信號g(")進行二階零極點噪聲整形濾波，獲取 殘差反饋信號《W。
本步驟中，也可以獲取的殘差信號進行高階零極點噪聲整形濾波， 獲取的殘差反饋信號/9(")用于對原始語音輸入信號d(")進行反饋調(diào)整。
由上述實施例可見，通過利用人耳的掩蔽效應，使得當?shù)皖l部分的量化 噪聲能量小于語音能量的時候，主觀聽覺不易覺察噪聲的存在，通過采用二 階或高階零極點噪聲整形濾波器對原始語音輸入信號與編碼端解碼后的語 音信號的誤差(量化噪聲)進行整形濾波。在量化噪聲的低頻部分稍許增加 的情況下，抑制量化噪聲的中高頻部分，提高了解碼后的語音信號主觀聽覺 質(zhì)量，而且不需改變原有語音編解碼器輸出的碼流。
以上舉較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的4交佳實施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、 改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種語音編解碼過程中噪聲整形的方法，其特征在于，該方法包括根據(jù)解碼后的語音信號獲取殘差信號，對獲取的殘差信號進行二階或高階零極點噪聲整形濾波。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述解碼后的語音信號的獲取 過程包括對上一次獲取的殘差信號進行二階或高階零極點噪聲整形濾波，得 到殘差反饋信號，將原始語音輸入信號和該殘差反饋信號相加，并將相加后的 信號進行量化編碼，獲取編碼后的語音信號，將編碼后的語音信號進行解碼獲 取解碼后的語音信號。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述獲取殘差信號包括將解 碼后的語音信號與輸入編碼器的語音信號相減，或?qū)⒔獯a后的語音信號與原始 語音輸入信號相減，獲取殘差信號。
4、 一種語音編解碼過程中噪聲整形的裝置，其特征在于，所述裝置包括 第一加法器、第二加法器、編碼器、本地解碼器、二階或高階零極點噪聲整形 濾波器，其中，第一加法器，用于獲取輸入編碼器的語音信號，向編碼器輸出；編碼器，用于接收輸入編碼器的語音信號，進行量化編碼，獲取編碼后的 語音信號，向本地解碼器輸出；本地解碼器，用于接收編碼后的語音信號，進行解碼，獲取解碼后的語音 信號，向第二加法器輸出；第二加法器，用于根據(jù)解碼后的語音信號獲取殘差信號，向二階或高階零 極點噪聲整形濾波器輸出；二階或高階零極點噪聲整形濾波器，用于接收第二加法器輸出的殘差信號， 對該殘差信號進4于整形濾波。
5、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一加法器將原始語音輸 入信號和二階或高階零極點噪聲整形濾波器輸出的上一次殘差反饋信號相加， 獲取輸入編碼器的語音信號。
6、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第一加法器進一步將獲取的輸入編碼器的語音信號輸出給第二加法器；所述第二加法器將接收的解碼后的語音信號與輸入編碼器的語音信號相 減，獲取殘差信號。
7、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述第二加法器接收原始語音 輸入信號，將接收的解碼后的語音信號與原始語音輸入信號相減，獲取殘差信—，
8、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述二階零極點噪聲整形濾波 器的Z函數(shù)為<formula>formula see original document page 3</formula>式中，a, 2, a， a為濾波器的系數(shù)，依據(jù)過零點位置和低頻、中高頻 相應的增益進4于選取。
9、如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述高階零極點噪聲整形濾波 器的Z函數(shù)為<formula>formula see original document page 3</formula>式中，/、 y、 ^均為大于等于1的正整數(shù)，為濾波器零、極點的階數(shù)， ,、 A為相應的高階濾波器系數(shù)，A為比例系數(shù)。
10、如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述零極點噪聲整形濾波器 的零點在所述歸一化頻率的0-0.4范圍內(nèi)，低頻增益小于17dB，高頻增益小 于-7dB。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種語音編解碼過程中噪聲整形的方法，包括根據(jù)解碼后的語音信號獲取殘差信號，對獲取的殘差信號進行二階或高階零極點噪聲整形濾波。本發(fā)明同時還公開了一種語音編解碼過程中噪聲整形的裝置，包括第一加法器、第二加法器、編碼器、本地解碼器及二階或高階零極點噪聲整形濾波器。應用本發(fā)明，可以有效抑制量化噪聲的中高頻部分，提高解碼后的語音信號主觀聽覺質(zhì)量，而且不需改變原有語音編解碼器輸出的碼流。
文檔編號G10L19/12GK101388211SQ20071015395
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月15日
發(fā)明者清 張, 偉 李, 杜正中, 毅 楊, 晨 胡, 磊 苗, 許麗凈, 許劍峰, 齊峰巖 申請人:華為技術(shù)有限公司