專利名稱：聲音信號分解及合成裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種聲音信號分解及合成裝置，特別涉及一種基于清除麥克風中輸入聲音信號雜音的裝置，能夠在保持原有性能的同時，比以往更有效地降低計算量，使音質增強的聲音信號分解及合成裝置。
背景技術：
通常在進行聲音通信的時候，由于周邊各種雜音的影響，通話音質會變差，在這個時候，有必要使用一種能夠通過信號處理，消除麥克風中輸入聲音信號雜音的音質增強(Speech Enhancement)技術。
這種音質增強技術通常采用了如圖1所示的聲音分解及合成方法。即如圖1所示，輸入到麥克風(圖中未標識)中的輸入信號(x(n))通過分解濾波器(Analysis Filter)101，被分解成各波段信號(Xk(m))，然后在各個波段中乘上所定增益(gk(m))，并利用合成濾波器(Synthesis Filter)102將其合成，這樣就能輸出消除了雜音的聲音信號(y(n))了。
這時，輸入到上述麥克風中的輸入信號(x(n))包含聲音信號(s(n))和雜音信號(n(n))，各波段增益(gk(m))可以通過下述公式1計算得出。
公式1gk(m)＝Psk(m)/(Psk(m)+Pnk(m))在這個公式中，上述“Psk(m)”表示的是k波段聲音信號的功率譜(power spectrum)，“Pnk(m)”表示是雜音信號的功率譜。使用上述公式1求得增益的方法稱之為維納最佳濾波(Wiener OptimumFiltering)，它是現在使用最為普遍的一種方法。
以下對上述圖1中使用現有重疊相加方式(Overlap-Add Method)的聲音信號分解濾波器和合成濾波器進行說明。
圖2是對現有重疊相加方式的聲音信號分解過程進行說明的示意圖。如圖所示，將每次M-采樣(Sample)的聲音信號輸入到K-采樣大小的移位寄存器201中，然后將其與所定的分解窗口(Analysis window)202相乘，并進行離散傅里葉變換(DFTDiscrete Fourier Transform)，這樣就生成了M-波段的各波段信號。
圖3是對現有重疊相加方式的聲音信號合成過程進行說明的示意圖。如圖所示，在M-波段的各波段信號經過了離散傅里葉變換(DFT)之后，將其與所定的合成窗口203相乘，并對其結果進行重疊相加(Overlap-add)，在將其儲存到K-采樣大小的累加移位寄存器(Accumulator Shift Register)204中，然后輸出每次M-采樣，并制成合成信號。
上述重疊相加方式雖然容易實現，但是如圖2和圖3所示，由于使用了移位寄存器，所以增大了計算量。例如，使用K＝240的移位寄存器，重疊了M＝120的輸入信號，這時為了對其進行處理，每次都要對120樣值進行存儲抄寫，從而增加了計算量。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供一種基于清除麥克風中輸入聲音信號雜音的裝置，能夠在保持原有性能的同時，比以往更有效地降低計算量，使音質增強的聲音信號分解及合成裝置。
為了實現上述目的，本發明基于由按波段將輸入的聲音信號進行分離的分解濾波器和在各波段中加入所定增益并進行合成的合成濾波器構成的音質增強裝置，上述分解濾波器由以下組件構成用于對輸入信號(x(n))進行M倍采樣，獲取各波段信號(xk(m))的子速率復用器(Trans Multiplexer)；對上述各波段信號(xk(m))進行卷積并輸出的濾波器；將通過上述濾波器按各波段進行卷積并輸出的信號(yk(m))進行共扼快速傅里葉變換(Conjugate FFT)，然后按各波段輸出的共扼FFT裝置。
上述合成濾波器由以下組件構成對分解濾波器輸出的各波段信號(Xk(m))M次共扼快速傅里葉變換(Conjugate FFT)并將其輸出的共扼FFT裝置；對上述共扼FFT裝置按各波段輸出的信號(yk(m))進行逆卷積然后將其輸出的濾波器；將上述濾波器進行逆卷積并輸出的各波段信號依次合成并輸出的子速率解復用器(Trans Demultiplexer)。
本發明旨在消除麥克風中輸入聲音信號所含雜音，其目的是要提供一種在構成上使用比以往重疊相加方式復雜但是能夠降低計算量的多相濾波器，從而達到降低聲音系統負荷效果的聲音處理裝置。
在現有次能帶適應濾波器中，將各波段帶通(band-pass)濾波器制成有限應答濾波器(FIR)結構，所以濾波器系數增加，消耗很大的計算量，致使波段數增多并且需要具有良好切斷(cut-off)特性。本發明使用了多相(Polyphase)形態的濾波器，因此就能解決上述問題。
利用這種多相濾波器的方法是使原型(Prototype)低通濾波器的輸出值同樣存在于其他各波段中，本發明就是使用這種方式的濾波器使音質增強的系統。
舉個例子，采用上升余弦(Raised-Cosine)函數的低通濾波器可以通過公式2-4的過程進行設計。當原型低通濾波器使用上升函數的時候，針對“fs”的采樣頻率，切斷頻率(fc)為fs/32，并具有128的抽頭。
公式2fc=fs2M,ωc=2πfc]]>公式3H(jω)=1,|ω|ωc‾≤1-r12(1+cos[π2r(ωωc-(1-r))]),1-r<|ω|ωc≤1+r0,|ω|ωc≥1+r]]>公式4h(n)=1Msin(πn/M)πn/M·cos(rπn/M)1-(2r/M)2]]>
如上所述，本發明用于音質增強的聲音信號分解及合成裝置基于清除麥克風中輸入聲音信號雜音的裝置，能夠在保持原有性能的同時，比以往更有效地降低計算量。
本發明的音質增強系統中所使用的多相濾波器雖然在設計和構成上比較復雜，但是與現有重疊相加方式相比，它降低了計算量，適用于實時系統中。因此，如果在電話會議系統或者電視會議系統中使用本發明的話，可以使由于周邊雜音引起通話音質低下的情況得以改善。
圖1是對現有音質增強的分解及合成過程進行說明的示意圖。
圖2是對現有重疊相加方式的聲音信號分解過程進行說明的示意圖。
圖3是對現有重疊相加方式的聲音信號合成過程進行說明的示意圖。
圖4是使用本發明多相濾波器的分解濾波器構成圖。
圖5是使用本發明多相濾波器的合成濾波器構成圖。
附圖主要部分符號說明301子速率復用器302濾波器303共扼FFT裝置 304共扼FFT裝置305濾波器 306子速率解復用器
具體實施例方式
下面參照附圖，對本發明的實施例進行詳細說明。
首先，圖4是使用本發明多相濾波器的分解濾波器構成圖。上述分解濾波器由以下組件構成用于對輸入信號(x(n))進行M倍采樣，獲取各波段信號(xk(m))的子速率復用器301；對上述各波段信號(xk(m))進行卷積并輸出的濾波器302；將通過上述濾波器302按各波段進行卷積并輸出的信號(yk(m))進行共扼快速傅里葉變換(Conjugate FFT)，然后按各波段輸出的共扼FFT裝置303。
在這里，上述濾波器由多個用于對分各波段進行了采樣的聲音信號進行卷積的濾波器 構成，各濾波器的“h(n)”為濾波器系數。
即，子速率復用器301沿圖中所示的順時針方向通過輸入信號(x(n))，并進行M倍采樣(Decimation)，然后從各波段獲取的信號(xk(m))經過濾波器302卷積(Convolution)，輸出“yk(m)”信號，然后在共扼FFT303中對這個值進行M次共扼快速傅里葉變換，然后輸出各波段信號(Xk(m))。
圖5是使用本發明多相濾波器的合成濾波器構成圖。
上述合成濾波器由以下組件構成對分解濾波器輸出的各波段信號(Xk(m))M次共扼快速傅里葉變換并將其輸出的共扼FFT裝置304；
對上述共扼FFT裝置按各波段輸出的信號(yk(m))進行逆卷積然后將其輸出的濾波器305；將上述濾波器305進行逆卷積并輸出的各波段信號依次合成并輸出的子速率解復用器306。
上述濾波器305由多個用于對分各波段進行了快速傅里葉變換的聲音信號進行逆卷積的濾波器(P0(r)PM-1(r))構成，各分波段濾波器的“h(n)”為濾波器系數。
上述圖4所示的分解濾波器和圖5所示的合成濾波器之間的各波段增益采用了使用根據公式1所求增益的維納最佳濾波(WienerOptimum Filtering)。
即，上述共扼FFT裝置304對分解濾波器輸出的各波段信號(Xk(m))進行M次共扼FFT，然后將經過了共扼傅里葉變換的各波段信號在濾波器305中進行濾波(Pk(m))和逆卷積，然后使其沿著圖中所示的逆時針方向通過子速率解復用器306，依次合成各波段信號，并將其輸出。
權利要求
1.一種聲音信號分解裝置，其特征在于，包括按波段將輸入的聲音信號進行分離的分解濾波器和在各波段中加入所定增益并進行合成的合成濾波器，所述分解濾波器包括用于對輸入信號(x(n))進行M倍采樣，獲取各波段信號(xk(m))的子速率復用器；對所述各波段信號(xk(m))進行卷積并輸出的濾波器；將通過所述濾波器按各波段進行卷積并輸出的信號(yk(m))進行共扼快速傅里葉變換，然后按各波段輸出的共扼FFT裝置。
2.如權利要求1所述的聲音信號分解裝置，其特征在于，通過所述分解濾波器按各波段被分離的聲音信號使用了根據維納最佳濾波所求得的增益之后，被輸入到合成濾波器中。
3.如權利要求1所述的聲音信號分解裝置，其特征在于，所述分解濾波器使用多相濾波器生成各波段信號。
4.一種聲音信號合成裝置，其特征在于，包括按波段將輸入的聲音信號進行分離的分解濾波器和在各波段中加入所定增益并進行合成的合成濾波器，所述合成濾波器包括對分解濾波器輸出的各波段信號(Xk(m))M次共扼快速傅里葉變換并將其輸出的共扼FFT裝置；對所述共扼FFT裝置按各波段輸出的信號(yk(m))進行逆卷積然后將其輸出的濾波器；將上述濾波器進行逆卷積并輸出的各波段信號依次合成并輸出的子速率解復用器。
5.如權利要求4所述的聲音信號合成裝置，其特征在于，所述合成濾波器使用多相濾波器合成各波段信號。
6.如權利要求4所述的聲音信號合成裝置，其特征在于，所述分解濾波器和合成濾波器中所使用的原型低通濾波器的濾波器系數是使用切斷特性良好的上升余弦函數設計的。
全文摘要
本發明涉及一種聲音信號分解及合成裝置，本發明包含按波段將輸入的聲音信號進行分離的分解濾波器和在各波段中加入所定增益并進行合成的合成濾波器，上述分解濾波器由以下組件構成用于對輸入信號(x(n))進行M倍采樣，獲取各波段信號(x
文檔編號G10L21/02GK1897111SQ200510035760
公開日2007年1月17日 申請日期2005年7月14日 優先權日2005年7月14日
發明者車胤轍 申請人:樂金電子(惠州)有限公司