噪聲抑止的方法和設備的製作方法

2023-07-12 05:31:41

專利名稱:噪聲抑止的方法和設備的製作方法
本發明涉及一種用於解碼信號的方法，該信號藉助混合編碼器被編碼。此外，本發明還涉及一種相應構造的用於進行解碼的設備。
為了編碼音頻信號，不同的方法已證實為特別有效的。因此，例如為了品質良好地編碼具有良好品質的語音信號，並且在所編碼的數據流的同時低的比特率的情況下，特別是所謂的CELP技術(碼激勵線性預測(Code Excited Linear Prediction))證明是有利的。CELP工作在時域並且基於可變的濾波器的激勵模型。在這種情況下，既通過濾波器參數又通過描述激勵信號的參數來表示語音信號。
在編碼器方面大多也提及相對應的解碼器，該解碼器又可解碼或解碼所編碼的數據。相對應的通信設備具有這種所謂的編解碼器，以便能發送和接收數據，這對於通信是必需的。
為了編碼特別是即使所編碼的數據流的比特率較高也應具有很高品質的音樂信號和語音信號，所謂的感覺編解碼器(編解碼器＝編碼器/解碼器)首先得以實現。這些感覺編解碼器基於頻域中的信息減少，並且這些感覺編解碼器充分利用人類聽覺系統的屏蔽效應，也就是說，例如也不表示人類不能感覺到的某些頻率或者變化。由此，降低了編碼器或者編解碼器的複雜度。由於編碼器大多利用將時間信號變換到頻域來工作，其中例如藉助MDCT(修改的離散餘弦變換(Modified Discrete Cosine Transformation)來進行變換，所以這些編碼器經常也被稱為變換編碼器或者變換編解碼器。這種表達也被用在其它申請的範圍中。
近來，越來越多地採用所謂的可伸縮(Skalierbar)編解碼器。可伸縮編解碼器是這種編解碼器，這些編解碼器首先在所編碼的數據流的比特率相對高時產生極好的音頻品質。由此得到了相對長的、要周期性傳輸的數據包。
數據包是大量數據，這些數據以一時間間隔出現，並且這些數據正好一起以該數據包來傳輸。在數據包中經常首先傳輸重要的數據而接著傳輸次重要的數據。可是，在長的數據包中存在以下可能性，即通過去掉一部分數據、特別是通過截斷數據包的在時間上最後傳輸的部分來縮短數據包。自然隨之出現品質的惡化。
因為上述特性，對於可伸縮編解碼器適合於，在比特率低時利用CELP編解碼器工作而在比特率較高時利用變換編解碼器工作。這導致了混合CELP/變換編解碼器的發展，這些混合CELP/變換編解碼器按照CELP編碼具有良好品質的基本信號，並且除此之外按照變換編解碼方法生成輔助信號，利用該輔助信號來改善基本信號。接著，這導致所希望的極好的品質。
在應用變換編解碼器時不利的是，出現所謂的「預回聲效應」。在此涉及幹擾噪聲，該幹擾噪聲均勻地分布在變換編碼器塊的整個塊長度上。「塊」被理解為共同被編碼的全體數據。對於變換編解碼器，典型的塊長度為40msec。預回聲效應的幹擾噪聲通過所傳輸的頻譜分量的量化誤差來形成。在信號電平均勻的情況下，幹擾噪聲的電平均低於有用信號的電平。但是，如果突然的高電平跟隨著零電平的有用信號，那麼在採用高電平之前能明顯地聽到該幹擾噪聲。在文獻中，對此公知的例子是在Castanette咔嗒響時的信號變化。
為了減小這些效應，已經應用了不同的方法。但是，這些方法都利用傳輸輔助信息來工作，這又將編碼器設計構造得十分複雜或者強迫編碼器必須以暫時被提高的比特率來工作。
從現有技術出發，本發明的任務是提供一種簡單的可能性，導致在藉助混合編碼器被編碼的信號中進行幹擾噪聲降低，其中不必輔助信息。
該任務通過獨立權利要求
的主題來解決。有利的擴展方案是從屬權利要求
的主題。
對於在由第一、例如來自CELP解碼器的信號和第二、例如來自變換解碼器的信號組成的被解碼的信號中進行幹擾噪聲降低，執行以下步驟根據兩個被解碼的信號部分分別確定所屬的能量包絡線。「能量包絡線」特別是被理解為信號相對時間的能量分布。
由這兩個包絡線的比較構成了標識數(Kennzahl)、例如比例。
標識數又用於推導出放大因數。
如果能量例如在導致第一被解碼的信號部分的編碼方法中可靠地被識別出，則該方法特別是具有優點。因此，亦即通過標識數或者放大因數來識別偏差。
特別是，第二被解碼的信號部分與放大因數相乘。由此校正上面所提及的偏差。
以時間間隔來劃分整個信號，其中特別是被用於第一被解碼的信號部分的時間間隔短於第二信號部分的時間間隔。
由此，根據較高的時間解析度能更好地校正第二信號部分中的能量偏差。
第一信號部分可來自CELP解碼器，該CELP解碼器解碼CELP編碼的信號，第二信號部分可來自變換解碼器，該變換解碼器解碼被變換編碼的信號。被變換編碼的信號特別是也可包含第一、CELP解碼的信號部分，該第一、CELP解碼的信號部分在解碼之後被變換編碼，被增加到由發射器所傳輸的被變換編碼的信號(即已在頻率中)，並且接著在變換解碼器中被解碼為第二信號部分的部分。
對此可替換地，也在時域中進行由所傳輸的CELP編碼的信號和所傳輸的被變換編碼的信號的求和。
特別是，放大因數可等於標識數。因此，如果第二被解碼的信號部分特別是包含預回聲噪聲，則在構成合適的比例時可以得到第二被解碼的信號部分的相對應的減弱。
特別是，第一解碼器是基於CELP技術的解碼器，和/或第二編碼器是變換解碼器。由此，在被解碼的信號的品質同時極好的情況下得到特別有效的噪聲降低。
特別是，只有當存在某些準則時，接著才進行解碼器側的所接收的整個信號的改變。
特別是規定，只有當信號電平變化超過某一閾值時，才進行解碼器側的所接收的整個信號的改變。這實現了特別有效地減小預回聲，因為該預回聲效應(如已描述的那樣)完全在電平改變時出現，因為接著預回聲噪聲位於信號電平之上。另一方面，通過有選擇地改變而不是不必要地放棄通過第二編碼器來改善品質。
根據本發明的另一方面，提供一種方法，其中基於所闡述的方法，按照頻域分開處理被解碼的信號或該信號的第一和第二被解碼的信號部分。這具有以下優點。在解碼時，對於多個頻帶已知該頻帶的額定能量，即由單個按照頻域分開的第一被解碼的信號部分(例如CELP信號)的能量構成的額定能量。通過第二被解碼的信號部分現在可提供附加信號(輔助部分)，可是該附加信號可以在其能量上極大地偏離。首先，如果第二被解碼的信號部分的能量例如由於預回聲效應明顯太高，則是有問題的。現在，對於每個單個被處理的頻帶，該方法引入與第一信號部分的能量相關地對第二信號部分的能量(或電平)的限制。越多的頻帶以這種方式分開處理，則該方法就越有效。
本發明的其它優點參照示例性的實施形式來描述。
其中圖1為了闡述編碼/解碼過程的示例性過程而示出了編碼器側和解碼器側的主要部件的圖；圖2示出了用於在通信設備之間通過通信網傳輸被編碼的信號的通信裝置的示意圖；圖3為了闡述藉助基於CELP信號的增益適配(Gain-Adaption)來減小預回聲而示出了解碼設備或噪聲抑制設備；圖4示出了用於進行電平匹配或用於降低預回聲的其它實施形式。
在圖1中，參照實施形式示出了編碼過程和解碼過程的示意性過程。在編碼器側C，模擬的要傳輸給接收器的信號S藉助針對編碼的預處理設備PP被預處理或被準備，例如其方式是將該信號S數位化。此外，還在劃分單元F中以時間間隔或幀來拆分信號。這樣準備的信號被輸送給編碼單元COD。編碼單元COD具有混合編碼器，該混合編碼器包括第一編碼器(即CELP編碼器)COD1和第二編碼器(即變換編碼器)COD2。CELP編碼器COD1包括多個CELP編碼器COD1_A、COD1_B、COD1_C，這些CELP編碼器在不同的頻域工作。通過分成不同的頻域，能保證特別準確的編碼。此外，分成不同的頻域還十分好地支持可伸縮編解碼器的概念，因為按照所希望的伸縮僅僅一個、多個或者所有頻域可被傳輸。CELP編碼器COD1提供被編碼的整個信號S_GES的基本部分S_G。變換編碼器COD2提供被編碼的整個信號S_GES的輔助部分S_Z。被編碼的整個信號S_GES藉助編碼器側C的通信設備KC被傳輸給解碼器側D的通信設備KD。在此，必要時在處理設備PROC中對數據或所接收的被編碼的整個信號S_GES進行處理(例如將被編碼的整個信號分離成部分S_G和S_Z)，其中接著被處理的數據或被處理的信號被傳輸到解碼設備DEC用於進行隨後的解碼DEC(對此也參看圖3和4)。噪聲降低設備NR中的噪聲降低緊接在解碼之後，該噪聲降低設備NR更詳細地在圖3中被示出。
在圖2中，示出了第一通信設備COM1(例如代表性地是圖1的編碼器側C上的部件)，該第一通信設備COM1具有用於傳輸和/或接收數據的發送和接收單元ANT1(例如對應於通信設備KC)以及計算單元CPU1，該計算單元CPU1被設立用於實現編碼器側C上的部件或用於執行圖1中所示的編碼方法(在編碼器側C的處理)。藉助發送/接收單元ANT1通過通信網CN(該通信網CN例如可以按照要應用的通信設備被設立為網際網路、電話網或移動無線電網)進行數據傳輸。通過第二通信設備COM2(例如代表性地是圖1的右側的部件)來進行接收，該第二通信設備COM2又具有發送和接收單元ANT2(例如對應於通信設備KB)以及計算單元CPU2，該計算單元CPU2被設立用於實現解碼器側D上的部件或用於執行根據圖1的解碼方法(在解碼器側D的處理)。在其中應用該方法的通信設備COM1和COM2的可能的實現方案的例子是IP電話、語音網關或者行動電話。
現在參閱圖3，其中為了示意性地示出預回聲減小的過程能看到具有主要部件的解碼設備DEC和噪聲降低設備NR。CELP編碼的信號S_COD，CELP(對應於信號S_G)藉助整個頻帶CELP解碼器DEC_GES，CELP來解碼。被解碼的信號S_CELP一方面被轉發到用於確定所屬的包絡線ENV_CELP的能量包絡線確定單元GE1，而另一方面被轉發到TDAC(時域混淆對消(Time domain aliasing cancellation))編碼器COD_TDAC。TDAC編碼是變換編碼的例子。
被編碼的信號S_COD，CELP，TDAC與來自接收器側的被變換編碼的信號S_COD，TDAC(對應於信號S_Z)一起被導向變換解碼器DEC_TDAC，以便產生被解碼的信號S_TDAC。也根據被解碼的信號S_TDAC同樣在(第二)能量包絡線確定單元GE2中確定所屬的能量包絡線ENV_TDAC。在比例確定單元D中，能量包絡線的比例R相互逐個時間間隔地被確定為標識數。在條件確定單元BFE中確定，比例R是否具有確定的最小間距1(1兩個能量包絡線相等)，也就是說，兩個信號的電平相等或者至少相互僅偏差預定的百分數。
因此，結果是放大因數或衰減因數G，該放大因數或衰減因數G在所示的情況下等於比例R(標識數)，被變換解碼的信號部分S_TDAC在乘法設備M中與該比例R相乘，以便得到最終的幹擾噪聲降低的信號S_OUT。更準確地說，例如由此出發，即通過R＝ENV_CELP/ENV_TDAC來構成比例R，並且確定了，該比例不允許低於預定的閾值SW，因此在低於閾值SW時，被變換解碼的信號部分S_TDAC與放大因數G(例如G＝R)相乘，這導致信號部分S_TDAC的衰減。此外，可能的是，在不低於閾值SW的情況下，將值「1」分配給放大因數G，以致在接著在任何情況下可發生的信號部分S_TDAC的相乘時，值S_TDAC保持不變。
因此，在偏離被變換解碼的信號部分S_TDAC的能量的情況下，其中該偏差正是所述的預回聲效應，信號部分的能量或電平向CELP解碼的信號S_CELP的可靠值移動，以致對於最終的信號S_out進行幹擾噪聲降低。
現在參閱圖4，根據該圖應闡述用於減小預回聲效應的其它實施形式。
可能的是，代替僅僅一個CELP編解碼器而存在多個、按照頻域被分開的(CELP-或者其它)編解碼器。在圖4中所示的實施形式大部分與圖3中所示的實施形式相對應並且就此而言是一種擴展，即在圖3中所示的方法不是被應用於CELP(或者其它)解碼器和變換解碼器的整個信號，而是該方法分開地按照頻域來應用。也就是說，首先按照頻域來劃分整個信號或單個信號部分，其中圖3的方法接著對每個頻域被應用於單個信號部分。
以下闡述其優點。在解碼器中，對於多個頻帶已知這些頻帶的額定能量，亦即由單個按照頻域分開的CELP信號的能量構成的額定能量。現在，變換解碼器提供附加信號(輔助部分)，可是，該附加信號在其能量方面明顯地偏離。首先，如果來自變換解碼器的信號的能量例如由於預回聲效應而明顯過高，則是有問題的。現在，對於每個單個處理的頻帶，該方法引入與CELP能量相關地對變換編解碼器能量的限制。越多頻帶以這種方式分開被處理，則該方法就越有效。
這根據以下例子立即變得明顯整個信號由2000Hz音調構成，該整個信號完全來自CELP編解碼器部分。另外，由於預回聲效應，變換編解碼器現在僅僅還提供頻率為6000Hz的幹擾信號；幹擾信號的能量為2000Hz音調的能量的10％。用於限制變換編解碼器部分的準則是，變換編解碼器部分的最大值允許與CELP部分的最大值相同。情況1不進行按照頻帶的分解(第一實施例)接著，6000Hz幹擾信號未被抑制，因為該幹擾信號只有來自CELP編解碼器的2000Hz音調的能量的10％。
情況2頻帶A0-4000Hz和B4000Hz-8000Hz分開地被處理(其它實施形式)在這種情況下，幹擾信號完全被抑制，因為在上面的頻帶中，CELP部分為零，並且因此也將變換編解碼器信號限制到值零。
現在(對應於圖3)在圖4中，為了示意性地示出電平匹配或預回聲降低的過程又能看到具有主要部件的解碼設備DEC和噪聲降低設備NR。為了產生被編碼的信號或傳輸給接收器又參考圖1或者2。
CELP編碼的信號S_COD，CELP(對應於信號部分S_G)藉助整個頻帶CELP解碼器DEC_GES，CELP′來解碼。整個頻帶CELP解碼器在此包括兩個解碼設備，即用於解碼第一頻帶A中的信號S_COD，CELP的第一解碼設備DEC_FB_A和用於解碼第二頻帶B中的信號S_COD，CELP的第二解碼設備DEC_FB_B。第一被解碼的信號S_CELP_A被導向用於確定所屬的包絡線ENV_CELP_A的(第一)能量包絡線確定單元GE1_A，而第二被解碼的信號S_CELP_B被導向用於確定所屬的包絡線ENV_CELP_B的(第二)能量包絡線確定單元GE1_B。
來自接收器側的被變換編碼的信號S_COD，TDAC(對應於信號S_Z)被導向變換解碼器DEC_TDAC，以便產生被解碼的信號S_TDAC，該信號S_TDAC又被輸送給頻帶分解器(頻帶劃分器)FBS。該頻帶分解器FBS將信號S_TDAC劃分成兩個信號，亦即劃分成頻帶A的S_TDAC_A和頻帶B的S_TDAC_B。可選地，劃分成頻帶也可在頻域中進行，在反變換到時域之前進行。由此，特別是取消了隨著在時域中工作的頻帶分解器(高通濾波器、低通濾波器或者帶通濾波器)而出現的延遲。根據被解碼的與頻帶相關的信號S_TDAC_A和S_TDAC_B也同樣在(第三)能量包絡線確定單元GE2_A或(第四)能量包絡線確定單元GE2_B中確定所屬的能量包絡線ENV_TDAC_A或ENV_TDAC_B。
在第一放大確定單元BD_A中，對於頻帶A按照能量包絡線ENV_CELP_A和ENV_TDAC_A來確定放大因數(或者也確定衰減因數，因為放大為負的)G_A被確定，而在第二放大確定單元BD_B中，對於頻帶B按照能量包絡線ENV_CELP_B和ENV_TDAC_B來確定放大因數(衰減因數)G_B。相應的放大因數的確定可根據圖3的確定(參看部件D，BFE)進行。在此，例如又可構成對於相應的頻帶A和B的能量包絡線的相應比例(標識數)R_A、R_B，亦即R_A＝ENV_CELP_A/ENV_TDAC_A或R_B＝ENV_CELP_B/ENV_TDAC_B，其中對於相應的頻帶確定閾值SW_A或SW_B，在低於閾值時，產生相應的放大因數G_A(例如G_A＝R_A)或G_B(例如G_B＝R_B)，該放大因數G_A或G_B最後被用於相應的與頻帶相關的信號S_TDAC_A或S_TDAC_B(以便導致衰減)。如果未低於相應的閾值，則相應的放大因數G_A或G_B被確定為「1」，以致在相乘時，相應的與頻帶相關的信號S_TDAC_A或S_TDAC_B保持不變。
在頻帶A的第一乘法設備M_A中，最後將放大因數G_A與信號S_TDAC_A相乘而將放大因數G_B與信號S_TDAC_B相乘。最後，相乘的(可能衰減的)與頻帶相關的信號聚集，以便實現最終的幹擾噪聲降低的(整個頻率的)信號S_OUT′。
應注意到，儘管在本例子中僅僅進行了將被解碼的信號部分S_CELP_A、S_CELP_B、S_TDAC_A和S_TDAC_B分離成兩個頻域A和B，但是也能劃分成3個或者更多頻域，並且也是有利的。
權利要求
1.一種用於在被解碼的信號中進行噪聲抑制(S_OUT)的方法，所述被解碼的信號由第一被解碼的信號部分(S_CELP)和第二被解碼的信號部分(S_TDAC)組成，所述方法具有以下步驟a.確定第一信號部分(S_CELP)的第一能量包絡線(ENV_CELP)和第二被解碼的信號部分(S_TDAC)的第二能量包絡線(ENV_TDAC)；b.根據第一和第二能量包絡線(ENV_CELP，ENV_TDAC)的比較來構成標識數(R)；c.根據所述標識數(R)推導出放大因數(G)。
2.根據權利要求
1所述的方法，具有以下其它步驟d.如果所述標識數(R)不滿足所確定的準則(C)，則將所述第二被解碼的信號部分(S_TDAC)與所述放大因數(G)相乘。
3.根據上述權利要求
之一所述的方法，其中，所述被解碼的信號部分(S_TDAC，S_CELP)以時間間隔來劃分，並且逐個時間間隔地進行所述步驟a)至d)。
4.根據權利要求
3所述的方法，其中，所述第一和第二被解碼的信號部分(S_TDAC，S_CELP)的時間間隔的長度不同，並且對於較短的時間間隔逐個時間間隔地進行所述步驟a)至d)。
5.根據上述權利要求
之一所述的方法，其中，所述第一被解碼的信號部分(S_CELP)通過解碼第一編碼部分(S_COD，CELP)來自第一解碼器(DEC_GES，CELP)，而所述第二被解碼的信號部分(S_TDAC)通過解碼第二編碼部分(S_COD，TDAC，S_COD，CELP，TDAC)來自第二解碼器(DEC_TDAC)。
6.根據權利要求
5所述的方法，其中，所述第二編碼部分(S_TDAC)包含所述第一編碼部分(S_CELP)。
7.根據上述權利要求
之一所述的方法，其中，所述標識數(R)通過構成第一與第二能量包絡線(ENV_CELP，ENV_TDAC)的比例來構成。
8.根據上述權利要求
之一所述的方法，其中，所述放大因數(G)等於所述標識數(R)。
9.根據上述權利要求
之一所述的方法，其中，所述第一被解碼的信號(S_CELP)通過解碼信號(S_COD，CELP)來構成，所述信號(S_COD，CELP)來自多個第一編碼器(COD1_A，COD1_B，COD1_C)，所述第一編碼器(COD1_A，COD1_B，COD1_C)在不同的頻域工作。
10.根據上述權利要求
5或者6之一所述的方法，其中，所述第一解碼器(DEC_GES_CELP)通過CELP解碼器來構成。
11.根據上述權利要求
5、6或者10之一所述的方法，其中，所述第二解碼器(DEC_TDAC)通過變換解碼器來構成。
12.根據上述權利要求
5、6、10或者11之一所述的方法，其中，所述第一和第二解碼器(DEC_TDAC，DEC_CELP)包括相同的頻域。
13.一種用於在被分配給一頻帶的被解碼的信號中進行噪聲抑制的方法，所述信號由針對頻帶的相應的子頻帶的相應的第一被解碼的信號部分(S_CELP_A，S_CELP_B)和相應的第二被解碼的信號部分(S_TDAC_A，S_TDAC_B)組成，所述方法具有以下步驟a.針對相應的子頻帶確定相應的第一被解碼的信號部分的第一能量包絡線(ENV_CELP_A，ENV_CELP_B)和相應的第二被解碼的信號部分的第二能量包絡線(ENV_TDAC_A，ENV_TDAC_B)；b.針對相應的子頻帶根據第一和第二能量包絡線的比較來構成相應的標識數(R_A，R_B)；c.針對相應的子頻帶根據相應的標識數(R)推導出相應的放大因數(G_A，G_B)。
14.根據權利要求
13所述的方法，還具有以下步驟d.如果所述相應的標識數(R_A，R_B)不滿足所確定的準則，則針對相應的子頻帶將所述第二被解碼的信號部分(S_TDAC_A，S_TDAC_B)與所述相應的放大因數(G_A，G_B)相乘。
15.一種設備、特別是一種通信設備，其具有計算單元(CPU2)，所述計算單元(CPU2)被構造用於執行根據權利要求
1至14所述的方法。
專利摘要
一種用於在由第一被解碼的信號部分(S_CELP)和第二被解碼的信號部分(S TDAC)組成的被解碼的信號中進行噪聲抑制(S_OUT)的方法具有以下步驟確定第一信號部分(S_CELP)的第一能量包絡線(ENV_CELP)和第二被解碼的信號部分(S_TDAC)的第二能量包絡線(ENVTDAC)；根據第一和第二能量包絡線(ENV_CELP，ENV_TDAC)的比較來構成標識數(R)；根據標識數(R)推導出放大因數(G)；有利地將第二被解碼的信號部分與放大因數相乘，這導致所期望的預回聲幹擾噪聲和後回聲幹擾噪聲的減小。
文檔編號G10L19/12GK1993734SQ20068000050
公開日2007年7月4日 申請日期2006年4月12日
發明者M·加特納, S·尚德爾 申請人:西門子公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan