CN101609684B - 解码语音信号的后处理滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种解码语音信号的后处理滤波器，用以在所有频带进行滤波，以增强解码语音信号的基音成分。该后处理滤波器包括：高阶滤波器，用以对语音信号的每一帧的前一部分进行滤波；低阶滤波器，用以对语音信号的每一帧的后一部分进行滤波；其中该语音信号的每一帧的前一部分与后一部分的划分满足使该高阶滤波器所导致的延迟不大于该低阶滤波器所导致的延迟。本发明所提出的滤波器既具有较好的对谐波间噪声的抑制效果，又具有相当于低阶滤波器的较低延迟。

Description

解码语音信号的后处理滤波器

技术领域

本发明涉及解码语音信号的后处理技术，尤其涉及一种解码语音信号的后处理滤波器。

背景技术

通常语音编解码算法都是基于语音产生模型，即用线性预测技术来模拟声道模型和码激励来表征语音的声源信号。常见的编解码方式为码激励线性预测编解码方式，即CELP方法。语音的声源基本有三种产生方式，一种是由元音音素产生周期性的声源信号，通常可以用谐波或者正弦波来模拟。一种是由清辅音音素产生的类似于白噪声的声源信号，另一种则是介乎两者之间的声源信号。根据语音的这种特性，CELP方法采用了自适应码本和固定码本来构成整个激励信号。其中自适应码本主要表征了语音激励里的谐波，而固定码本则表征了剩余分量。

由于码率的有限性，解码语音信号不可避免地带有一些失真。目前的几类语音编解码算法，包括CELP，都花费了较多比特数(bit)表征语音的周期性，因此即使在低码率下，语音的周期性也会得到比较完整的保持。然而，谐波分量以外的其他分量则保持得比较差。因此，在各个谐波分量之间的噪声会相对较强，抑制这部分噪声是有必要的。现有的语音后处理方法有很多，包括对固定码本的低频加重，对自适应码本的加重，对整个激励的梳状滤波等等。

现有的后处理滤波器设计方法主要包括以下几种典型的实现方式：

一种方法是加重自适应码本激励信号在总激励信号的比重。实现方法是将解码的自适应码本激励信号乘以一个权重，再加到总激励上并最后进行能量归一化处理。

另一种方法则是对固定码本激励进行滤波处理，它的原理是将固定码本激励的高频成分进行加重，再和自适应码本激励相加，产生总激励。

还有一种经典方法则是对某一段频率的信号而不是所有信号进行梳状滤波。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种解码语音信号的后处理滤波器，用以在所有频带进行滤波，以增强解码语音信号的基音成分。

本发明提出一种解码语音信号的后处理滤波器，包括：高阶滤波器，用以对语音信号的每一帧的前一部分进行滤波；低阶滤波器，用以对语音信号的每一帧的后一部分进行滤波；其中该语音信号的每一帧的前一部分与后一部分的划分满足使该高阶滤波器所导致的延迟不大于该低阶滤波器所导致的延迟。

在上述的滤波器中，该语音信号的每一帧的前一部分与后一部分是依据该高阶滤波器与该低阶滤波器的阶数划分。

在上述的滤波器中，该高阶滤波器的阶数为l，l为正整数，该低阶滤波器的阶数为m，m为正整数且l＞m，其中对于具有N个点的语音信号帧，该前一部分包含前(N-l+m)个点，该后一部分包含后(l-m)个点。

在上述的滤波器中，该高阶滤波器与该低阶滤波器为有限冲击响应滤波器。

在上述的滤波器中，该高阶滤波器为二阶滤波器，该低阶滤波器为一阶滤波器。

在上述的滤波器中，该高阶滤波器满足：

h(n)＝δ(n)+Gδ(n+T)+Gδ(n+2T)；

而该低阶滤波器满足：

g(n)＝δ(n)+Gδ(n+T)；

其中T为所述语音信号的基音周期，G为所述语音信号的基音增益。

在上述的滤波器中，对于具有N个点的语音信号帧，该高阶滤波器是对其中的前(N-T-1)个点滤波，该低阶滤波器是对其中的后(T+1)个点滤波。

本发明不同于目前的后处理技术的是，它是对所有频带进行的滤波，以增强解码语音信号的基音成分。本发明所提出的滤波器结合了高阶滤波器和低阶滤波器，因而具有较好的对谐波间噪声的抑制效果，又具有相当于低阶滤波器的较低延迟。

具体实施方式

本发明提出一种对语音信号的后处理滤波器，用以在所有频带对语音信号进行基音增强滤波。

可以预见的是，滤波器的性能直接取决于其滤波器阶数，更高阶的滤波器往往会取得更好的滤波效果。然而，同时也会带来更大的延时或者需要耗费更多的缓存。为此，本发明的实施例提出一种滤波器设计方法，它应用于语音的后处理。

假设有两组滤波器h和g，它们的阶数分别为l和m且l＞m，对于每一帧语音信号s(n)，n＝0，1，...，N-1，本发明采用如下的滤波器：

$l\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}h\left(n\right),n=\mathrm{0,1},...,N-l+m-1\\ g\left(n\right),n=N-l+m,....,N-1\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中高阶滤波器h(n)对每一帧语音信号的前一部分进行滤波，低阶滤波器g(n)对每一帧语音信号的后一部分进行滤波。在此，前一部分和后一部分的划分满足使滤波器h(n)所导致的延迟不大于滤波器g(n)所导致的延迟。举例来说，滤波器h(n)本身的延迟为T1，滤波器g(n)本身的延迟为T2，由于前一部分处理点的提前，使滤波器h(n)对整个滤波所造成的延迟减少T3，而滤波器g(n)所造成的延迟仍为T2，因此只要满足T1-T3≤T2，即可满足滤波器的延迟设计要求。

一般地，根据滤波器h(n)和g(n)的阶数来进行处理点的划分。例如，在前N-l+m个点，用高阶滤波器(即l阶)进行更佳的处理，而在后半部分，即l-m个点，用低延迟的低阶滤波器(即m阶)来保证延迟足够小。

需要指出的是，在滤波器表达式(1)里，可以采用任意一种FIR滤波器(h和g)，在此并不限定。并且滤波器h和g可以有任意的阶数l和m，只要满足l＞m。

下面描述一种主要的实施例来具体说明上述的滤波器，所描述的实施例仅作为举例的目的，并不意图限制本发明的范围。

考虑到语音的周期性，通常的后处理滤波器都是基于以基音周期T和基音增益G为主要参数来构造有限冲击响应滤波器(FIR)。一阶的FIR为：

g(n)＝δ(n)+Gδ(n+T)    (2)

其中，δ(n)为冲击响应。其频率响应为：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\sqrt{1+G^2+2G\cos \left(\mathrm{\ωT}\right)}---\left(3\right)$

表达式(2)的滤波器需要往前帧借用T个采样点，需要一定的缓存保存。

二阶的FIR为：

h(n)＝δ(n)+Gδ(n+T)+Gδ(n+2T)    (4)

其频率响应为：

H(ω)＝1+2Gcos(ωT)    (5)

表达式(4)的滤波器需要往前帧借用T个采样点的同时，还需要往后借用T个采样点，它同时需要一定的缓存以及一定的延迟。然而同时也可以看到，它对谐波之间频率响应( $\mathrm{\ω}=\frac{\mathrm{\π}}{T},\frac{3\mathrm{\π}}{T},$ ...附近频带)的抑制效果(增益越小抑制效果越好)比一阶滤波器要好。因此，滤波器可以设计为：

$l\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\δ}\left(n\right)+\mathrm{G\δ}(n+T)+\mathrm{G\δ}(n+2T),n=\mathrm{0,1},...,N-T-1\\ \mathrm{\δ}\left(n\right)+\mathrm{G\δ}(n+T),n=N-T,....,N-1\end{array}\right.---\left(6\right)$

可以看出，此滤波器l(n)具有较好的对谐波间噪声的抑制效果，且具有相当于一阶滤波器的较低延迟T。

在上述的实施例中，基音周期T可以采用任意方法得到。在一个实施例中，可以从语音解码器得到自适应码本延迟参数作为基音周期。

在上述的实施例中，基音增益G也可以采用任意方法得到。在在一个实施例中，可以从语音解码器得到自适应码本增益作为基音增益，或者增益的二分之一。

综上所述，根据本发明的上述实施例，当同时选用低阶滤波和高阶滤波时，可以设计一个和低阶滤波同样延迟的滤波器，但其质量也好于低阶滤波器，接近高阶滤波器的效果。

Claims (7)

1.一种解码语音信号的后处理滤波器，包括：

高阶滤波器，用以对语音信号的每一帧的前一部分处理点进行滤波；

低阶滤波器，用以对语音信号的每一帧的后一部分处理点进行滤波；

其中该语音信号的每一帧的前一部分处理点与后一部分处理点的划分满足使该高阶滤波器所导致的延迟不大于该低阶滤波器所导致的延迟。

2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，该语音信号的每一帧的前一部分处理点与后一部分处理点是依据该高阶滤波器与该低阶滤波器的阶数划分。

3.如权利要求2所述的滤波器，其特征在于，该高阶滤波器的阶数为l，l为正整数，该低阶滤波器的阶数为m，m为正整数且l＞m，其中对于具有N个点的语音信号帧，该前一部分处理点包含前N-l+m个点，该后一部分处理点包含后l-m个点。

4.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于，该高阶滤波器与该低阶滤波器为有限冲击响应滤波器。

5.如权利要求4所述的滤波器，其特征在于，该高阶滤波器为二阶滤波器，该低阶滤波器为一阶滤波器。

6.如权利要求5所述的滤波器，其特征在于，该高阶滤波器满足：

h(n)＝δ(n)+Gδ(n+T)+Gδ(n+2T)；

该低阶滤波器满足：

g(n)＝δ(n)+Gδ(n+T)；

其中T为所述语音信号的基音周期，G为所述语音信号的基音增益，δ(n)为冲击响应。

7.如权利要求6所述的滤波器，其特征在于，对于具有N个点的语音信号帧，该高阶滤波器是对其中的前N-T-1个点滤波，该低阶滤波器是对其中的后T+1个点滤波。