用於在語音數據的錯誤傳輸時進行錯誤隱藏的方法

2023-05-26 12:23:01

專利名稱：用於在語音數據的錯誤傳輸時進行錯誤隱藏的方法
技術領域：
本發明從一種根據獨立權利要求分類的方法和裝置出發。
背景技術：
為了通過有線網絡或無線網絡傳輸語音信號，已知的是，藉助語音信號幀傳輸語音信號，其中，接收器在接收到語音信號幀之後使用所述語音信號幀以產生待輸出的語音信號。在此，優選作為所謂的分組形式的數據通過網絡——例如GSM網絡、根據網際網路協議的網絡或者根據WLAN(無線區域網)協議的網絡傳輸語音信號幀，其中，由於錯誤的數據傳輸可能會出現語音信號幀的丟失。同樣可能的是，在數據的分組傳輸中可能出現語音信號幀的傳輸的較大時間延遲，從而在語音信號的連續輸出的過程中不可以考慮所述語言信號幀，因為例如為了輸出語音信號延遲傳輸的或者也丟失的語音信號幀不存在。如果沒有取代沒有接收到的語音信號幀在待輸出的語音信號的相應位置上添加任何信號，則由此待輸出的語音信號的在相應的位置上缺失，這導致語音信號的聲音質量的退化。出於這樣的原因，需要取代沒有接收到的語音信號幀使用等效語音信號幀，以便實現所謂的錯誤隱藏。在圖1中示出藉助語音信號幀傳輸語音信號以及藉助所述語音信號幀產生語音信號的基本原理。圖1示出語音信號10，所述語音信號例如劃分成語音信號幀1、2、3形式的三個片段。在此，三個片段的數量僅僅是示例性地選擇的。對於本領域技術人員而言應理解的是，語音信號幀1、2、3的數量可以不是三個。如果語音信號幀1、2、3在傳輸之後被接收，則在不同的時刻持續地進行語音信號10的輸出。根據圖1示出了時間軸20，沿著所述時間軸標出了時刻31、32、33，在這些時刻31、32、33分別已經完成語音信號幀1、2、3的接收。根據此實施例，在第一時刻31，第一語音信號幀31的接收已經完成，從而在第一時刻 31可以輸出語音信號10直到一確定的部分。根據此實施例，在第二時刻32第二語音信號幀2的接收已經完成，從而在所述第二時刻32可以輸出語音信號10的另一部分。此外同樣適用於第三時刻33，在所述第三時刻33第三語音信號幀33已經完整地接收。根據圖2中的實施例，示出了待輸出的另一語音信號11的產生。在此實施例中， 另一語音信號11如此組成，使得接收到的語音信號幀1、2、3在時間上不是彼此鄰接的，而是交叉的。根據此實施例，在圖2中，另一語音信號11由第一片段111、第二片段112以及第三片段113組成。從圖2中可以看出，可以藉助於第一語音幀1以及第二語音幀2的至少一部分確定第一片段111。可以藉助於第二語音幀以及第三語音幀3的至少一部分確定第二片段112。可以根據第三語音幀3以及根據可能隨後的其他語音幀確定第三片段113。 在圖2中示出的第二時間軸21上標出了第一時刻41，所述第一時刻與另一語音信號11的第一片段111的時間末端一致。為了在第一時刻41可以輸出另一語音信號11至少直到其第一片段111的時間末端，必須存在至少第一語音信號幀1以及第二語音信號幀2。此外， 在第二時間軸21上具有第二時刻42，所述第二時刻與另一語音信號11的第二片段112的時間末端一致。為了可以輸出另一語音信號11至少直到其第二片段112的時間末端，必須在第二時刻42存在第二語音信號幀2和第三語音信號幀3。此外，在第三時刻43，關於第三語音信號幀3以及可能隨後的語音信號幀也適用於另一語音信號11的第三片段113。在圖1和2中示出的語音信號幀1、2、3優選具有相應的索引11、12、13，以便可以使接收到的語音信號幀與一個時間序列相對應。圖3示出沒有接收到第二語音信號幀2的情形。如果根據圖3直到第一時刻41 雖然已經接收到第一語音信號幀1但沒有接收到第二語音信號幀2，則不可能以正確的方式在第一時刻41輸出圖2的另一語音信號11。為了在第二時刻42輸出另一語音信號，雖然可以根據接收到的第三語音信號幀3產生另一語音信號，但在所述第二時刻42缺少第二語音信號幀2。因此，需要取代沒有接收到的語音信號幀2產生一個等效語音信號幀100， 以便使用所述等效語音信號幀100來產生另一待輸出的語音信號。為此，相應的方法已經由[1，2]公開。在圖4中詳細地闡述所述方法的工作原理。圖4示出一個方法的步驟，藉助於所述方法根據接收到的語音信號幀50產生等效語音信號幀100。為此，接收到的語音信號幀50首先輸送給線性預測分析單元62，所述線性預測分析單元確定用於線性預測單元61的分析濾波器的線性預測係數51。本領域技術人員由[1，4]已知了線性預測的原理以及用於接收到的語音信號幀50的由脈衝編碼構造的語音信號的線性預測的分析濾波器的線性預測係數的確定。線性預測分析濾波器61濾除接收到的語音信號幀50的語音信號，由此獲得剩餘信號52。所述剩餘信號52輸送給判定器63，所述判定器藉助於剩餘信號52確定接收到的語音信號幀50的語音信號涉及有聲的語音信號還是涉及無聲的語音信號。判定器63向基頻確定單元64傳輸其關於語音信號有聲或者無聲的判定53。所述基頻確定單元64藉助於剩餘信號52和判定53確定語音信號的基頻M。在此，基頻藉助於歸一化的自相關函數的那個所述歸一化的自相關函數的值取其最大值時的自變量確定[1，2]。在此，本領域技術人員僅僅使用基頻的證實對於人的語音信號有意義的值。對於存在具有噪聲類型的特徵並且因此不具有明確的基頻的無聲語音信號的情形，將基頻M 置於最小值，以便減少高頻範圍中在待確定的信號中由非自然的周期性導致的假象。藉助於估計單元65根據剩餘信號52和基頻M確定估計剩餘信號55 [1]。估計剩餘信號55輸送給線性預測合成濾波器66，其根據之前確定的線性預測係數51對估計剩餘信號陽進行合成濾波，從而獲得等效語音信號幀100的語音信號。由此，外插語音信號的頻譜包絡，而同時保持信號的周期結構。根據圖4，根據接收到的語音信號幀50產生等效語音信號幀100。在此，接收到的語音信號幀50例如涉及圖3中的第一語音信號幀1。對於在接收或者傳輸語音信號幀時出現短時間幹擾的情形，根據現有技術僅僅需要產生一個語音信號幀。但是如果也沒有接收到圖3中的第三語音信號幀3，則需要產生另一等效語音信號幀。在這樣的情形中，為了產生所述另一等效語音信號幀使用基頻M，所述基頻通過分析按照時間順序在最後接收到的第一語音信號幀之前已經獲得的那個語音信號幀獲得。由此，得出不同的、所產生的語音信號幀的語音信號的基頻的偏差，由此避免不期望的諧波假象，所述諧波假象在過長的時間間隔上輸出相同的語音信號的情形中產生。對於需產生另一、第三等效語音信號幀的情形，為了產生所述另一、第三等效語音信號幀使基頻討變化，其方式是，根據按照時間順序在最後接收到的第一語音信號1的兩個位置上接收到的那個語音信號幀獲得基頻M。對於需產生其他等效語音信號幀的情形，在已經確定三個等效語音信號幀後不在進行基頻的進一步修改。取而代之地，藉助於為了產生第三等效語音信號幀而使用的那個基頻M來產生其他等效語音信號幀。使用所述用於產生第三替代語音信號的基頻M，直到接收幹擾結束。使用這樣產生的等效語音信號幀來取代沒有接收到的語音信號幀。優選地，在產生待輸出的語音信號11時進行語音信號幀的平滑過渡。

發明內容
與此相比，根據本發明的具有獨立權利要求的特徵的方法具有以下優點為了估計等效語音信號幀的語音信號，在根據接收到的、具有無聲的語音信號的語音信號幀產生等效語音信號幀的語音信號的情形中實現語音信號的更好信號質量。所述優點通過以下方式實現對於接收到的語音信號幀的無聲的語音信號，藉助於噪聲信號產生至少一個替代語音信號的語音信號。在此，噪聲信號是不具有明確的基頻的信號。優選地，在此使用在一個確定的值範圍內具有均勻分布的隨機信號作為噪聲信號。通過在從屬權利要求中記載的措施實現在獨立權利要求中說明的方法的有利擴展和改進。根據本發明的另一實施方式，在至少一個之前接收到的語音信號幀具有有聲的語音信號的情形中，藉助於基頻信號產生至少一個等效語音信號幀的語音信號。這具有以下優點通過區分語音信號是有聲的還是無聲的以及相應地應用噪聲信號還是基頻信號來產生等效語音信號幀的語音信號在所述產生方面實現更大的靈活性。根據本發明的另一實施方式，使用與一個縮放因數相乘的、均勻分布的噪聲信號作為噪聲信號。這具有以下優點通過噪聲信號的縮放可以實現噪聲信號的幅度或者信號能量的匹配並且因此可以實現由此估計出的等效語音信號幀的語音信號的幅度或者能量的匹配。由此獲得以下優點通過所述匹配產生等效語音信號幀的語音信號，所述語音信號儘可能類似於之前接收到的語音信號幀的語音信號。根據本發明的另一實施方式，根據一個經濾波的語音信號的信號能量確定所述縮放因數，所述經濾波的語音信號由藉助於線性預測濾波器對之前接收到的語音信號幀的語音信號進行濾波得出。這具有以下優點藉助於如此確定的縮放因數通過與所述縮放因數相乘產生估計噪聲信號，所述估計噪聲信號的信號能量儘可能地類似於之前通過線性預測獲得的語音信號的信號能量，因為估計測量信號稍後重新通過具有之前的分析濾波器的線性預測係數的線性合成濾波器濾除，以便獲得等效語音信號幀的信號。根據本發明的另一實施方式，在藉助線性預測單元的分析濾波器進行濾波後將經濾波的語音信號劃分為相應的部分幀和相應的語音信號幀，其中，對於每個部分幀確定部分語音信號的相應的信號能量。根據相應的信號能量中具有最小值的那個信號能量確定縮放因數。由此得出縮放因數並且因此得出估計剩餘信號，它們導致等效語音信號幀的語音信號，所述語音信號幀為了產生待輸出的語音信號導致對於收聽者而言在聲音方面高的感知質量。根據本發明的另一實施方式，根據接收到的語音信號幀的語音信號的歸一化的自相關函數和根據接收到的語音信號幀的語音信號的過零率來判定之前接收到的語音信號幀具有有聲的語音信號還是無聲的語音信號。這具有以下優點通過歸一化的自相關函數和過零率的這樣的關聯可以在語音信號的有聲或者無聲方面做出比現有技術更可靠的判定。根據一個並列的權利要求，要求保護一種用於輸出語音信號的控制設備。所述控制設備具有第一接口，所述控制設備通過所述第一接口接收語音信號幀。此外，所述控制設備具有計算單元，所述計算單元使用接收到的語音信號幀按照預給定的順序產生待輸出的語音信號。根據本發明的控制設備通過第二接口輸出待輸出的語音信號。計算單元在至少一個待接收的語音信號幀沒有被接收到的情形中取代所述至少一個沒有接收到的語音信號幀使用等效語音信號幀，其中，計算單元根據至少一個之前接收到的語音信號幀產生所述等效語音信號幀。根據本發明的控制設備的特徵在於，在之前接收到的語音信號幀具有無聲的語音信號的情形中，計算單元藉助於噪聲信號產生等效語音信號幀的語音信號。這具有以下優點通過使用噪聲信號來產生等效語音信號幀的語音信號對於收聽者而言在聲音方面實現比現有技術的方法更好的感知質量，在現有技術中總是使用基頻信號來產生等效語音信號幀。根據一個並列的權利要求，要求保護一種控制設備，其中，在之前接收到的語音信號幀具有有聲的語音信號的情形中，計算單元藉助於基頻信號產生等效語音信號幀的語音信號。這具有以下優點通過使用基頻信號或者噪聲信號來產生等效語音信號幀的語音信號可以相應地產生這樣的語音信號，其中，可以相應於之前接收到的語音信號幀的語音信號的有聲或者無聲。根據另一併列的權利要求，要求保護一種控制設備，所述控制設備還具有存儲單元，所述存儲單元提供噪聲信號和/或基頻信號。這具有以下優點不必由計算單元自己產生噪聲信號和/或基頻信號——例如通過移位寄存器，而是可從存儲單元中通過簡單的方式調取這些信號。


在附圖中示出並且在以下說明中詳細地解釋本發明的實施例。附圖示出圖5 根據本發明的方法的實施例；圖6 語音信號幀，其劃分成一些部分幀；圖7 根據本發明的控制設備的實施方式。
具體實施例方式根據圖5示出了根據本發明的方法的優選實施方式。之前接收到的語音信號幀50 的語音信號藉助於線性預測分析單元62輸送給用於確定線性預測係數的單元，由此獲得線性預測係數51。藉助於線性預測係數51和接收到的語音信號幀50的語音信號，線性預測單元61的分析濾波器產生剩餘信號52。用於判定語音信號的有聲或者無聲的經修改的判定單元83不是如根據現有技術教導地那樣根據剩餘信號52做出判定，而是根據接收到的語音信號幀50的語音信號做出判定。此外，根據接收到的語音信號幀50的語音信號，藉助於經修改的基頻確定單元84獲得經修改的基頻74，所述經修改的基頻信號確定單元84 由文檔[3]公開。根據由經修改的判定單元83做出的關於有聲或者無聲的經修改的判定 73,或者將剩餘信號52轉接到產生單元65上或者將剩餘信號52轉接到能量計算單元85上，其中，所述產生單元65根據剩餘信號52和經修改的基頻74產生經修改的估計剩餘信號75。如果如此做出經修改的判定73，使得接收到的語音信號幀50的語音信號識別為無聲的，則如此進行轉接，使得剩餘信號52被連接到能量計算單元85上。在判定有聲的信號時，如此進行轉接，使得剩餘信號52被連接到產生單元65上。現在，產生單元65根據經修改的基頻74和剩餘信號52產生經修改的估計剩餘信號75，其中，由[1，2]公開了根據基頻和剩餘信號的產生的方式。在無聲的信號的情形中，能量計算單元85由剩餘信號52計算出增益因數77，所述增益因數在乘法單元87中與由噪聲生成器86產生的噪聲信號76相乘。通過所述相乘，在判定接收到的語音信號幀50的無聲信號的情形中產生經修改的估計噪聲信號75。為了截取經修改的估計剩餘信號75，同樣根據經修改的判定73如此連接第二轉接單元89，使得根據接收到的語音信號幀50的語音信號的有聲或者無聲或者截取通過經修改的基頻產生的剩餘信號或者截取通過噪聲信號產生的剩餘信號。所述經修改的估計剩餘信號75輸送給線性預測單元的合成濾波器，所述合成濾波器為了進行合成而使用之前獲得的線性預測係數51。因此，在線性預測單元66的合成濾波器的輸出端上獲得等效語音信號幀100的語音信號。優選地，在經修改的判定單元83中根據語音信號的歸一化的自相關函數以及語音信號的過零率進行關於接收到的語音信號幀50的語音信號的有聲或者無聲的判定。對於長度為N、基頻的之前確定的周期長度為Ptl的優選數字的語音信號χ (η)(其中，索引η = 0，...，Ν-1)，優選藉助於以下計算規則確定歸一化的自相關函數ζ (χ(η))
權利要求
1.用於輸出語音信號(11)的方法，其中，接收語音信號幀(1，3)以及使用語音信號幀(1，；3)按照預給定的順序來產生待輸出的語音信號(11)，其中，在至少一個待接收的語音信號幀( 沒有被接收到的情形中，在所述至少一個沒有接收到的語音信號幀的位置上使用至少一個等效語音信號幀(100)，其中，根據至少一個之前接收到的語音信號幀(1)產生所述至少一個等效語音信號幀 (100)，其特徵在於，在所述至少一個之前接收到的語音信號幀(1)具有無聲的語音信號的情形中，藉助於噪聲信號產生所述至少一個等效語音信號幀(100)的語音信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述至少一個之前接收到的語音信號幀(1)具有有聲的語音信號的情形中，藉助於基頻信號產生所述至少一個等效語音信號幀 (100)的語音信號。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，根據所述至少一個之前接收到的語音信號幀(1)的語音信號的歸一化的自相關函數和過零率進行關於所述至少一個之前接收到的語音信號幀(1)具有有聲的還是無聲的語音信號的判定。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，如果所述歸一化的自相關函數超過第一預給定的閾值並且如果所述過零率沒有超過第二預給定的閾值，則所述至少一個之前接收到的語音信號幀(1)的語音信號被判定為有聲的。
5.根據以上權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，使用與縮放因數(77)相乘的、均勻分布的噪聲信號(76)作為所述噪聲信號(75)。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，藉助於線性預測濾波器對至少一個接收到的語音信號幀(1)的語音信號進行濾波，以及根據經濾波的語音信號(5 的信號能量確定所述縮放因數(77)。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，將所述經濾波的語音信號(5 劃分為具有相應的部分語音信號的相應的部分幀，對於每個部分語音信號確定相應的信號能量，根據相應的信號能量中具有最小值的那個信號能量確定所述縮放因素(77)。
8.用於輸出語音信號的控制設備(1000)，具有第一接口(1001)，所述控制設備(1000)通過所述第一接口接收語音信號幀， 具有計算單元(1003)，所述計算單元使用接收到的語音信號幀按照預給定的順序來產生待輸出的語音信號，具有第二接口(1002)，所述控制設備(1000)通過所述第二接口輸出所述語音信號， 其中，所述計算單元(100 在至少一個待接收的語音信號沒有被接收到的情形中在所述至少一個沒有接收到的語音信號幀的位置上使用至少一個等效語音信號幀，其中，所述計算單元(100 根據至少一個之前接收到的語音信號幀來產生所述至少一個等效語音信號幀，其特徵在於，在所述至少一個之前接收到的語音信號具有無聲的語音信號的情形中， 所述計算單元藉助於噪聲信號產生所述至少一個等效語音信號幀的語音信號。
9.根據權利要求8所述的控制設備，其特徵在於，在所述至少一個之前接收到的語音信號幀(1)具有有聲的語音信號的情形中，所述計算單元(100 藉助於基頻信號產生所述至少一個等效語音信號幀的語音信號。
10.根據權利要求8或9所述的控制設備，其特徵在於，所述控制設備(1000)具有存儲單元(1005)，所述存儲單元提供所述噪聲信號和/或所述基頻信號。
全文摘要
本發明涉及一種用於輸出語音信號的方法。接收語音信號幀以及使用語音信號幀按照預給定的順序來產生待輸出的語音信號。如果一個待接收的語音信號幀沒有被接收到，則在其位置上使用一個等效語音信號幀，其中，根據一個之前接收到的語音信號幀產生所述等效語音信號幀。根據本發明，在之前接收到的語音信號幀具有無聲的語音信號的情形中，藉助於噪聲信號產生所述等效語音信號幀。
文檔編號G10L19/00GK102171753SQ200980139149
公開日2011年8月31日 申請日期2009年9月28日 優先權日2008年10月2日
發明者F·默茨, P·瓦裡 申請人:羅伯特·博世有限公司