一種預加重濾波器、感知加權濾波方法及系統的製作方法
2023-05-12 19:39:06 3
專利名稱：：一種預加重濾波器、感知加權濾波方法及系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及多媒體
技術領域：
，尤其涉及一種預加重濾波器、感知加權濾波方法及系統。
背景技術：
：人耳對一個純音的聽覺感受性受到同時存在的另外一個純音的影響，但是人的聽覺仍能夠清晰的感知前一個純音，這個現象稱為人耳的掩蔽效應。在進行語音編碼時，可以利用人耳的掩蔽效應即共振峰處的噪聲相對於能量較低頻段的噪聲而言不容易被覺察，通過在共振峰區域分配較大的失真，來減少共振峰谷裡主觀感受更大的噪聲，從而減弱共振峰頻率區域的重要性，提高編碼效率，並獲得較佳的主觀聽覺效果，這一語音編碼技術稱為感知加權濾波技術。發明人在實現本發明的過程中發現，當前應用比較成熟的語音編碼主要在200Hz到3400Hz的電話帶寬上。運用在這個窄帶範圍內主要採用以代數碼激勵線性預測(AlgebraicCodeExcitedLinearPrediction,ACELP)為核心的技術方案，為了在加豐又域實現噪聲按共振峰結構分布噪聲，窄帶語音編碼使用了如下形式的感知加權濾波器形式『(z)=:^7^其中，A(z)為線性預測(LinearPrediction,LP)濾波器，其取值作為感知加權濾波器的係數，O<A2<A工>_1;S13:當判斷結果為否時，所述參數的取值範圍為大於O，例如1>>0。需要說明的是，在本發明的具體實施例中，所述根據輸入信號的譜傾斜程度確定預加重濾波器的參數具體為通過對輸入信號分成數據幀進行處理，每幀的信號的頻譜會呈現不同的譜傾斜程度，所述不同的譜傾斜程度反映了低頻能量明顯高於高頻能量、低頻能量較高於高頻能量、低頻能量與高頻能量相當、低頻能量低於高頻能量、低頻能量明顯低於高頻能量，在確定參數P的符號和數值時，符號的差異對應於S12和S13中所述參數對應的兩種濾波器，參數P的絕對值大小反映了譜傾斜的程度。其中，每一幀信號的譜傾斜程度可以由譜平坦度、頻譜衰減速度等信息來表徵，在計算譜平坦度的表徵值時，可以採取兩種方式一種是直接用輸入信號進行計算，另一種是用對每一幀信號的線性預測濾波的結果A(Z)進行計算。下面以通過每一幀信號的A(z)計算譜平坦度的表徵值為例，進行詳細說明對A(z)的係數a16}做32階的快速傅立葉變換(FastFourierTransform，FFT)得到頻域的複數序列{CJ(i=1...32)，用^201ogl0(iql)代表低頻能量的分貝估計值、l]201og10(1C,.l)代表高頻能量的分貝估計值，計算二者的平均差值表徵譜平坦度，記為A:「，t201oglO(IC,l)-l;201oglO(IC,1)A=^_^_—8(1)或者對輸入的信號做FFT變換得到頻域的複數序列，也同樣作式(1)的計算，本領域的技術人員應該理解，由於輸入信號序列較長，FFT變化係數很多，所以式(1)中求和的參數範圍有所變化，但並不影響本發明的實現。通過基於上述計算得到的低頻和高頻能量的平均差值表徵的譜傾斜程度確定預加重濾波器的參數，具體為根據差值A的分布範圍，映射查表l得到的參數y的值。表l6tableseeoriginaldocumentpage7對輸入的原始信號，在不同的幀其譜傾斜程度不同，根據譜傾斜程度確定的參數P不同，因此，對整個輸入信號而言，當所述參數變化時，所述步驟Sl還包括對所述參數進行平滑過渡，如圖4所示，示出了參數i！的平滑過渡示意圖，當所述輸入信號出現參數符號變化時，採用中間經過n個幀的過渡，n為正整數。參數ii以編碼處理的一幀為單位進行過渡變化切換。如圖4中，幀序號從N-12至N-5，即是當n取0時的情況。當所述輸入信號的前後幀參數符號相同、取值變化的情況下，採用等斜率多幀過渡，如圖4所示，等斜率具體可為漸變的斜線、曲線等方式，其中，幀序號從N+3至N+7，即是漸變的斜線，幀序號從N+10至N+16即為漸變的曲線。也可以採用兩者的結合，即在參數符號變化、取值變化時，也可以採用等斜率多幀過渡，如圖4中，幀序號從N至N+7或是幀序號從N+16至N+20.本發明實施例提供的感知加權濾波方法，通過依據編碼頻譜本身的特點加以調整濾波器的參數、係數，模擬出信號頻譜的共振峰結構和譜傾斜結構，在加權域實現噪聲按照信號的共振峰結構分布，提高了語音編碼的主觀聽覺效果。通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到本發明可藉助軟體加必需的硬體平臺的方式來實現，當然也可以全部通過硬體來實施。基於這樣的理解，7本發明的技術方案對
背景技術：
做出貢獻的全部或者部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品可以存儲在存儲介質中，如ROM/RAM、磁碟、光碟等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。相應的，本發明實施例還提供了一種感知加權濾波系統，參考圖IO，具體包括預加重濾波器101，用於根據輸入信號的低頻能量和高頻能量確定參數，對輸入信號進行濾波處理後輸出第一信號；LP濾波器102，用於對第一信號進行LP分析，得到感知加權濾波器94的係數；配置單元103，用於根據所述預加重濾波器101確定的參數、所述係數設置感知加權濾波器104，所述預加重濾波器101的參數是根據所述輸入信號的譜傾斜程度確定的；所述感知加權濾波器104，用於對所述第一信號進行處理後輸出。其中所述預加重濾波器101的具體結構示意圖如圖5所示，具體包括參數確定模塊51，用於根據輸入信號的低頻能量和高頻能量確定預加重濾波器的參數，具體地，可以根據輸入信號的譜傾斜程度確定預加重濾波器的參數，所述譜傾斜程度反映了低頻能量和高頻能量的高低；配置模塊52，用於採用所述參數確定模塊51確定的參數對濾波模塊53進行配置；所述濾波模塊53，用於對所述輸入信號進行濾波處理後輸出。參考圖6，是所述預加重濾波器101中參數確定模塊51的第一結構示意圖，其中，所述參數確定模塊51具體包括判斷子模塊511，用於根據譜傾斜程度判斷所述輸入信號中低頻能量是否高於高頻能量；處理子模塊512，用於當所述判斷子模塊輸出結果為是時，所述參數i！的取值範圍為小於O的實數，例如0>i！>-1，當所述判斷子模塊的輸出結果為否時，所述參數的取值範圍為大於O的實數，例如1>ii>0。圖6是所述預加重濾波器101中參數確定模塊51的第二結構示意圖，參數確定模塊除了具有圖6的結構外，還包括平滑過渡子模塊513，用於當所述參數變化時，對所述參數進行平滑過渡。參考圖8，所述平滑過渡子模塊513具體包括逐次過渡單元5131，用於將所述參數進行逐幀、漸次平滑過渡。選擇模式單元5132，用於根據所述參數切換範圍差異程度來選擇預先設置的過渡模式。其中選擇模式單元的具體結構如圖9所示，具體包括等斜率過渡子單元51321，用於進行等斜率多幀過渡；快速切換子單元51322，用於進行快速切換，即中間經過n個幀的過渡方式，n為正整數。選擇子單元51323，用於當所述輸入信號的前後幀參數符號相同、取值變化時，選擇所述等斜率過渡子單元51321進行處理；當所述信號出現參數符號變化時，選擇快速切換子單元51322進行處理。8所述的感知加權濾波系統能夠適用於以ACELP和變化編碼為核心的混合編碼模式，應用於語音或音頻編解碼器。本發明實施例所要解決的技術問題在於，提供了一種預加重濾波器、感知加權濾波方法及系統，通過依據編碼頻譜本身的特點加以調整濾波器的參數、係數，模擬出信號頻譜的共振峰結構和譜傾斜結構，在加權域實現噪聲按照信號的共振峰結構分布，提高了語音編碼的主觀聽覺效果，而且本發明實施例能夠適用於以ACELP和變化編碼為核心的混合編碼模式，應用於語音或音頻編解碼器，能夠嚴格控制算法的複雜度，減少傳輸的比特率。以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。權利要求一種感知加權濾波方法，其特徵在於，具體包括根據輸入信號的低頻能量和高頻能量確定預加重濾波器的參數；根據所述參數設置預加重濾波器，並通過所述預加重濾波器對所述輸入信號進行濾波處理得到第一信號；對所述第一信號做線性預測LP分析，確定感知加權濾波器的係數；根據所述參數、所述係數設置所述感知加權濾波器，並通過所述感知加權濾波器對所述第一信號進行濾波處理。2.如權利要求1所述的感知加權濾波方法，其特徵在於，所述根據輸入信號的低頻能量和高頻能量確定預加重濾波器的參數包括獲取輸入信號中各幀信號的高頻能量以及低頻能量；利用譜傾斜程度比較所述低頻能量和高頻能量；根據所述比較的結果確定預加重濾波器的參數。3.如權利要求2所述的感知加權濾波方法，其特徵在於，所述比較以及確定預加重濾波器參數包括根據譜傾斜程度判斷所述輸入信號中低頻能量是否高於高頻能量；當判斷結果為是時，所述參數P的取值範圍為小於O當判斷結果為否時，所述參數的取值範圍為大於0。4.如權利要求2所述的感知加權濾波方法，其特徵在於，所述比較以及確定預加重濾波器參數具體還包括當所述參數變化時，對所述參數進行平滑過渡。5.如權利要求4所述的感知加權濾波方法，其特徵在於，所述當所述參數變化時，對所述參數進行平滑過渡具體包括將所述參數逐幀、漸次平滑過渡或根據所述參數切換範圍差異程度來選擇預先設置的過渡模式。6.如權利要求5所述的感知加權濾波方法，其特徵在於，所述根據參數切換範圍差異程度來選擇預先設置的過渡模式具體包括當所述輸入信號的前後幀參數符號相同、取值變化的情況下，採用等斜率多幀過渡；當所述輸入信號出現參數符號變化時，採用中間經過n個幀的過渡，n為正整數。7.—種預加重濾波器，其特徵在於，具體包括參數確定模塊，用於根據輸入信號的低頻能量和高頻能量確定預加重濾波器的參數；配置模塊，用於採用所述參數確定模塊確定的參數對濾波模塊進行配置；所述濾波模塊，用於對所述輸入信號進行濾波處理後輸出。8.如權利要求7所述的預加重濾波器，其特徵在於，所述參數確定模塊具體包括判斷子模塊，用於根據譜傾斜程度判斷所述輸入信號中低頻能量是否高於高頻能量；處理子模塊，用於當所述判斷子模塊輸出結果為是時，所述參數P的取值範圍為小於0，當所述判斷子模塊的輸出結果為否時，所述參數的取值範圍為大於0。9.如權利要求8所述的預加重濾波器，其特徵在於，所述參數確定模塊具體還包括平滑過渡子模塊，用於當所述參數變化時，對所述參數進行平滑過渡。10.如權利要求9所述的預加重濾波器，其特徵在於，所述平滑過渡子模塊具體包括逐次過度單元，用於將所述參數進行逐幀、漸次平滑過渡。11.如權利要求9或10所述的預加重濾波器，其特徵在於，所述平滑過渡子模塊包括選擇模式單元，用於根據所述參數切換範圍差異程度來選擇預先設置的過渡模式。12.如權利要求11所述的預加重濾波器，其特徵在於，所述選擇模式單元具體包括等斜率過渡子單元，用於進行等斜率多幀過渡；快速切換子單元，用於進行快速切換，即中間經過n個幀的過渡方式，n為正整數。選擇子單元，用於當所述輸入信號的前後幀參數符號相同、取值變化時，選擇所述等斜率過渡子單元進行處理；當所述信號出現參數符號變化時，選擇快速切換子單元進行處理。13.如權利要求7所述的預加重濾波器，其特徵在於，所述預加重濾波器的表達式為H(z)=z—、其中P為感知加權濾波器的參數，z為復變量。14.一種感知加權系統，其特徵在於，具體包括預加重濾波器，用於根據輸入信號的低頻能量和高頻能量確定參數，對輸入信號進行濾波處理後輸出第一信號；LP濾波器，用於對第一信號進行LP分析，得到感知加權濾波器的係數；配置單元，用於根據所述預加重濾波器確定的參數和所述係數設置感知加權濾波器；所述感知加權濾波器，用於對所述第一信號進行處理後輸出。15.如權利要求14所述的感知加權系統，其特徵在於，所述預加重濾波器具體包括參數確定模塊，用於根據輸入信號的低頻能量和高頻能量確定預加重濾波器的參數；配置模塊，用於採用所述參數確定模塊確定的參數對濾波模塊進行配置；所述濾波模塊，用於對所述輸入信號進行濾波處理後輸出。16.如權利要求15所述的感知加權系統，其特徵在於，所述參數確定模塊具體包括判斷子模塊，用於根據譜傾斜程度判斷所述輸入信號中低頻能量是否高於高頻能量；處理子模塊，用於當所述判斷子模塊輸出結果為是時，所述參數P的取值範圍為小於O，當所述判斷子模塊的輸出結果為否時，所述參數的取值範圍為大於O。17.如權利要求16所述的感知加權系統，其特徵在於，所述參數確定模塊具體還包括平滑過渡子模塊，用於當所述參數變化時，對所述參數進行平滑過渡。18.如權利要求14所述的預加重濾波器，其特徵在於，所述預加重濾波器的表達式為H(z)=z—、其中P為感知加權濾波器的參數，z為復變量。19.如權利要求14所述的感知加權濾波器，其特徵在於所述感知加權濾波器表達式為formulaseeoriginaldocumentpage3其中y為預加重濾波器的參數，z為復變量，A為加權係數，且l=>A>0，A(z)為LP濾波器。全文摘要本發明實施例公開了一種預加重濾波器、感知加權濾波方法及系統。所述預加重濾波器包括參數確定模塊、配置模塊、濾波模塊。所述感知加權濾波方法包括根據輸入信號的低頻能量和高頻能量確定預加重濾波器的參數；根據參數設置預加重濾波器，並通過預加重濾波器對輸入信號進行處理得到第一信號；對第一信號做線性預測LP分析，確定感知加權濾波器的係數；根據參數、係數設置感知加權濾波器，並通過感知加權濾波器對第一信號進行濾波處理。所述感知加權系統主要包括預加重濾波器、LP濾波器、配置單元、感知加權濾波器。採用本發明實施例，提高了語音編碼的主觀聽覺效果，且廣泛適用於混合編碼模式，能夠嚴格控制算法的複雜度。文檔編號G10L19/14GK101770778SQ200810220579公開日2010年7月7日申請日期2008年12月30日優先權日2008年12月30日發明者周成,楊玉紅,程苗,胡瑞敏,馬付偉申請人:華為技術有限公司;武漢大學