專利名稱：：音樂信號質量增強方法和裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及移動通信，特別涉及音樂信號質量增強方法和裝置。
背景技術：
：近年來，隨著手機使用領域的擴大和利用手機聽音樂的服務的活躍，要求改善手機音樂音質的呼聲越來越高。手機是通過語音編解碼器來編解碼音頻信號的，部分手機采用EVRC及其相應聲音編解碼的方法來編解碼音頻信號，而采用EVRC(增強的變速率編碼)編解碼器對音樂信號的歪曲比較嚴重。移動通信系統的語音通道帶寬相對于有線通信系統的64kbps來說顯得很小，因此語音信號要壓縮傳送。目前，在移動通信系統中使用的語音壓縮技法有IS-95的QCELP(QualcommCodeExcitedLinearPrediction)，EVRC(EnhancedVariableRateCoding)，GSM的VSELP(Vector-SumExcitedLinearPrediction)，PRE-LTP(Regular-PulseExcitedLPCwithaLong-TermPredictor)，ACELP(AlgebraicCodeExcitedLinearPrediction)等，這些都是以LPC(線性預測編碼)分析方法為基礎的。LPC系列語音壓縮技法使用了最適合人體發聲的模型，因此把語音壓縮成中傳送率和低傳送率時很有效。最近，給移動電話用戶提供音樂服務，比如在接聽等待狀態下把信號音替換成用戶指定的音頻文件的服務(彩鈴業務)等越來越廣泛，因此給手機傳送音樂的情況逐漸增多。但是LPC系列的語音壓縮技法除了語音以外不適合其他的音樂等頻率較復雜的信號的壓縮。因此包括可聽頻率全范圍內的音頻信號通過移動通信手機接聽時，經常出現只能聽見一定帶寬內的聲音等信號歪曲現象，高頻低頻段都有明顯的損失，而這種現象是移動通信系統提供音樂服務時最大的障礙。現有的手機種的語音編解碼器在播放音樂時經常出現只能聽見一定帶寬內的聲音等信號歪曲現象，這種現象在EVRC算法中尤其嚴重。EVRC算法中的固定碼本增益的量化表是針對語音的動態范圍的，其量化范圍是從02980.958。而對于音樂，其動態范圍要遠遠大于這個范圍，所以經過量化之后固定碼本增益會被限幅，對音樂的損失比較大，音質聽起來有較大降低。
發明內容本發明的目的是提供一種在EVRC編解碼器上的音樂信號質量增強方法和裝置。按照本發明的一方面，一種音樂信號質量增強方法，包括步驟對輸入信號進行高通濾波和噪聲抑制；計算音頻信號的自相關和長時預測參數；對當前幀進行速率判決；對不同的速率進行編碼，得到LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼{曰息S對LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息進行量化；使用與量化相同的方法解量化。按照本發明的另一方面，一種音樂信號質量增強裝置，包括預處理單元，對輸入信號進行高通濾波和噪聲抑制；參數估計單元，計算音頻信號的自相關和長時預測參數；速率判決單元，對當前幀進行速率判決；CELP(CodeExcitedLinearPrediction)編碼方法，對不同的速率進行編碼，得到LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息；量化單元，對LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息進行量化；解量化單元，使用與量化相同的方法解量化。根據本發明，通過改進的固定碼本的增益量化方法，使得在用手機聽音樂信號時，比如釆用彩鈴業務時，音樂的質量得到明顯的提高。圖l表示與本發明相關的音樂信號質量增強裝置的具體實施方式的結構框圖2示出了一個根據本發明采用新的固定碼本增益的量化方法的編碼流程圖3示出了一個根據本發明采用新的固定碼本增益的解量化方法的解碼流程圖4示出一個音樂信號的固定碼本增益的動態范圍；圖5示出根據原始EVRC的固定碼本增益的量化方法對圖4所示的音樂信號的固定碼本增益進行量化的結果；圖6示出了一個根據本發明所采用的改進的EVRC的固定碼本增益的量化方法對圖4所示的音樂信號的固定碼本增益進行量化的結果。具體實施例方式EVRC是一種變速率語音編碼器，其速率有全速率，半速率，和1/8速率三種。其中1/8速率是當前幀為噪聲時采用的速率。對于語音和音樂，主要采用全速率和半速率編碼。全速率編碼時，固定碼本增益的量化分為32級，我們來看一下EVRC的全速率固定碼本增益的量化表的表達公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(1)這個公式主要說明EVRC的全速率固定碼本的增益的量化表是以為非線性增長的，最小是1.2840254，最大是2980.9580，中間按32級量化。其量化表如表格1所示。表格1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>半速率編碼時，固定碼本增益的量化分為16級，EVRC的半速率固定碼本增益的量化表的表達公式G^[/]=e16其中o〈"i6(2)這個公式主要說明EVRC的半速率固定碼本的增益的量化表是以為非線性增長的，最小是1.6487213，最大是2980.9580，中間按16級量化。其量化表如表格2所示。表格2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表1和表2可以看出，EVRC固定碼本的增益的量化范圍是0~2980.958，這個范圍是語音信號的動態范圍，超過此范圍的信號都將被限幅，而音樂信號的動態范圍則非常大，很多音樂的固定碼本增益都要超過這個范圍。圖4表示了一個音樂信號的固定碼本增益的動態范圍，圖5則是這個音樂信號的固定碼本增益采用EVRC的固定碼本增益的量化表量化后的范圍，從圖4和圖5中我們可以看到，EVRC的固定碼本增益的量化表的動態范圍和音樂信號的固定碼本增益的動態范圍相差很大，大部分音樂信號的固定碼本增益量化時被限副了。這樣導致解碼端解碼時，音樂信號的固定碼本增益參數不能表示出原有音樂信號的特性，使得音樂信號質量大大下降。為了保障手機的音質，使得手機在聽音樂信號是能夠達到一個較好的質量，重新設計一個固定碼本增益的量化方法是非常必要的。本發明提出的固定碼本增益的量化方法是在保持量化階數固定的情況下，采用加大量化步長的方法，最后在保證兼容性的情況下，用相同階數的量化表表達下具有更大動態范圍的音樂信號。全速率的改進固定碼本增益的量化方法的表達公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>為了使量化表具有更大的動態范圍，N取值一般大于8并且N可以根據實際音樂信號的范圍來選擇，例如可以令NMO。半速率的改進固定碼本增益的量化方法的表達公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>為了使量化表具有更大的動態范圍，N取值一般大于8并且N可以根據實際音樂信號的范圍來選擇，例如可以令N40。根據本發明，提供了一種用于提高手機聽音樂信號的音質的裝置，它包括一個固定碼本增益的計算單元，一個固定碼本增益的量化單元，一個固定碼本增益的解量化單元。根據本發明的另一個方面，提供了一種提高手機聽音樂信號的音質方法，它包括步驟計算固定碼本增益，然后對固定碼本增益用新的量化表進行量化，在解碼時，也采用新的量化表，使得最終音樂信號的音質得到很大改善。下面參照圖示對本發明的具體實施方式進行詳細說明。圖l表示與本發明相關的音樂信號質量增強裝置的具體實施方式的結構框圖。在圖1中，編碼端A端的音樂信號首先進行預處理llO。然后對處理過的信號進行參數估計120，根據得到的參數以及信號的能量進行速率判決130，接下來根據不同的速率進行CELP編碼，其中包括計算固定碼本的增益140b，編碼之后，則進行量化，包括對固定碼本增益的量化150b，最后形成數據包160。在解碼端B端，首先要對數據包160的數據進行解量化，包括固定碼本增益的解量化170a，其中全速率和半速率的固定碼本增益的解量化按照新的量化表進行，然后根據解量化的結果合成音頻信號180。其中預處理單元110的輸入是原始音頻信號，在預處理單元110中對于輸入信號進行高通濾波和噪聲抑制，使得噪音成分得到抑制。參數估計單元120的輸入是經過預處理的音頻信號，在參數估計單元120計算音頻信號的自相關和長時預測參數。速率判決單元130的輸入是參數估計單元120中自相關參數和每幀的能量，由此對當前幀進行速率判決，能量高的采用全速率，能量低的采用半速率或l/8速率。CELP編碼根據速率判決單元130的結果，對不同的速率進行編碼，分別得到LSP，自適應碼本，固定碼本的編碼信息。量化包括對LSP，自適應碼本，固定碼本的編碼信息進行量化，其中由于原有的固定碼本增益的量化方法150b不能充分反應音樂信號的動態范圍，所以需要用到本發明所涉及的改進的固定碼本增益的量化方法。在解碼端B端的固定碼本增益的解量化單元170a中，為了使得量化前和解量化后的信號相一致，就需要在固定碼本增益的解量化單元170a使用相同的本發明所涉及的改進的固定碼本增益的解量化方法。圖2示出了一個根據本發明采用新的固定碼本增益的量化方法的編碼流程圖。圖3示出了一個根據本發明采用新的固定碼本增益的解量化方法的解碼流程圖。現在參考圖2和圖3說明采用本發明的采用音頻信號編解碼的操作過程。由于在移動通信中，輸入的信號常常會有低頻噪聲以及其他影響音頻信號的背景噪聲，所以在步驟220要對信號進行預處理，減少噪聲影響.步驟210包括高通濾波和噪聲抑制兩個功能。步驟230對預處理過的信號進行參數估計，計算當前幀的長時預測參數。步驟240是變速率編碼的一個基本模塊，它能根據信號能量和背景噪聲動態地調整編碼速率，因而能夠在不犧牲話音質量的前提下顯著地降低語音編碼的平均速率。步驟250是根據步驟240判決出的不同速率，對全速率，半速率和l/8速率幀進行基于CELP的編碼，得到LSP，自適應碼本和固定碼本的編碼信息。步驟260是量化，對于步驟250產生的不同的編碼信息進行量化。其中固定碼本增益的量化方法260b采用本發明提出的方法。其中全速率固定碼本增益的量化方法如公式3所示，當N取10時，量化表如表格3所示表格3<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>其中半速率固定碼本增益的量化方法如公式4所示，當N取10時，量化表如表4所示表格4<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>圖6則示出根據改進的量化方法釆用表3和表4的量化表對圖4中的音樂信號的固定碼本增益進行量化的結果，從圖4和圖6可以看出，改進的量化方法能夠反映音樂信號的固定碼本的增益的動態范圍，量化時的量化誤差較小，從而在解碼時能比較真實的得到原始音樂信號的信息，最終對音樂信號的損失也降到最小。解碼時，首先在解量化階段320對數據包中的數據解量化，其中包括采用改進方法的新的量化表的固定碼本增益的解量化320b。然后根據解量化的編碼信息進行音頻信號合成330，最后得到音頻信號340。權利要求1.一種音樂信號質量增強方法，包括步驟對輸入信號進行高通濾波和噪聲抑制；計算音頻信號的自相關和長時預測參數；對當前幀進行速率判決；對不同的速率進行編碼，得到LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息；對LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息進行量化；使用與量化相同的方法解量化。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述速率包括全速率、半速率或1/8速率。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于全速率的固定碼本增益按下式計算G^[/]-e32其中0<^32,8〈N《10。4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于半速率的固定碼本增益按下式計算G^[/]=e16其中0</^16，8〈N《10。5.—種音樂信號質量增強裝置，包括預處理單元，對輸入信號進行高通濾波和噪聲抑制；參數估計單元，計算音頻信號的自相關和長時預測參數；速率判決單元，對當前幀進行速率判決；CELP，對不同的速率進行編碼，得到LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息；量化單元，對LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息進行量化；解量化單元，使用與量化相同的方法解量化。6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于所述速率包括全速率、半速率或1/8速率。7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于全速率的固定碼本增益按下式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>8.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于半速率的固定碼本增益按下式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>全文摘要一種音樂信號質量增強方法，包括步驟對輸入信號進行高通濾波和噪聲抑制；計算音頻信號的自相關和長時預測參數；對當前幀進行速率判決；對不同的速率進行編碼，得到LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息；對LSP、自適應碼本和固定碼本的編碼信息進行量化；使用與量化相同的方法解量化。根據本發明，通過改進的固定碼本的增益量化方法，使得在用手機聽音樂信號時，比如采用彩鈴業務時，音樂的質量得到明顯的提高。文檔編號G10L19/00GK101211561SQ20061015661公開日2008年7月2日申請日期2006年12月30日優先權日2006年12月30日發明者川張,王立眾,胡洪濤申請人:北京三星通信技術研究有限公司;三星電子株式會社