CN100578618C - 一种解码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种解码方法及装置。本发明中主要包括接收编码端发来的数据帧，若发生坏帧，则计算确定当前坏帧的谱参数，根据计算确定的坏帧的谱参数进行解码操作获得解码后的数据，其中，确定坏帧的谱参数的处理过程包括：首先，确定当前发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值；之后，根据所述连续坏帧数量，将所述的好帧的谱参数向所述谱参数的常数平均值进行自适应偏移，计算获得当前坏帧的谱参数信息。由于本发明是在发生连续坏帧时，逐渐减小最近好帧谱参数与当前坏帧谱参数的相关度，因而可以获得更为准确的当前坏帧的谱参数，进而令在相同码率及帧错误率情况下可获得更好的语音质量。

Description

一种解码方法及装置

技术领域

本发明涉及语音解码技术领域，尤其涉及一种针对语音解码器接收的坏帧进行处理的技术。

背景技术

在通信系统中，基于ACELP(代数码本激励线性预测，Algebraic CodeExcited Linear Prediction)的语音编码器生成的码流是以语音帧为单位。对于每一帧的输入数据的传输过程如图1所示，发送端的语音编码器要将其编码为一组参数，所述参数通常需要经过量化后再通过通信信道进行传输；接收端的解码器则需要将接收到的所述参数重新合成为语音信号，从而实现语音信号的传递过程。

基于ACELP的语音编码器生成的语音帧涉及的参数通常包括：谱参数、自适应码本参数、代数码本参数、自适应码本增益和代数码本增益，等等。其中，所述的谱参数包括：LPC(线性预测系数，Linear PredictiveCoefficience)参数，其用于表示短时语音的谱形状。

在语音编码器中，通常会将LPC参数进行量化后再传输。为了减少量化误差，语音编码器可以将LPC参数转换成LSF(线谱频率，Linear SpectralFrequency)或ISF(导谱频率，Immittance Spectral Frequency)等谱参数，之后再对其进行量化处理。

在接收端，在其接收到发送端发来的语音帧后，若确定该语音帧发生错误或者丢失(称为坏帧)，则需要对坏帧中的所述谱参数进行替换处理，这样，利用替换后的谱参数合成的语音信号，便可以有效克服因出现坏帧导致解码后语音质量的下降的问题。

下面将对现有技术中通常采用的几种谱参数替换的实现方案进行描述。

方案一

EVRC(增强可变速率编码，Enhanced Variable Rate Codec)编码器使用的谱参数是LSF。在发生帧错误时，EVRC语音解码器是将上一帧的LSF作为错误帧的LSF：Ω_q(m)＝Ω_q(m-1)，其中，Ω_q(m)是当前帧的LSF向量，Ω_q(m-1)是上一帧的LSF向量。

显然，在EVRC语音编解码器的帧错误隐藏的谱参数替换实现方案中，没有考虑谱参数随时间的变化性；这必然导致当连续坏帧时，在解码端无法合成出令人感觉舒适的语音。

方案二

AMR(自适应多速率，Adaptive Multi-Rate)编码器的每一帧包含四个子帧，其使用的谱参数是10阶的LSF。在发生帧错误时，AMR语音解码器将上一帧的LSF向LSF的常数平均值偏移，并将得到的值作为错误帧的LSF，即：

lsf_q1(i)＝lsf_q2(i)＝αpast_lsf_q(i)+(1-α)mean_lsf(i)，i＝0...9

其中，α＝0.95，1sf_q1和1sf_q2是当前帧的第二和第四子帧的LSF向量，mean_lsf(i)是通过长时间语音信号检测获得的谱参数进行求平均而得到的常数平均值向量(即谱参数的常数平均值)，past_lsf_q是上一帧的第二子帧的LSF向量。

该帧中的第一和第三子帧的LSF向量是通过对第二和第四子帧LSF向量进行插值计算得到。

在AMR语音编解码器的帧错误隐藏的谱参数替换实现方案中，当连续坏帧时，则最近上一帧的LSF和当前坏帧的LSF的相关性减弱，故相应的替换谱参数的计算方式无法获得理想的谱参数。

方案三

AMR-WB(宽带AMR，Adaptive Multi-Rate Wideband)和AMR-WB+(扩展的宽带AMR，Extended Adaptive Multi-Rate Wideband)编码器使用的谱参数是16阶的ISF。在发生帧错误时，AMR-WB和AMR-WB+语音解码器将上一帧的ISF向ISF的部分自适应平均值偏移作为错误帧的ISF，即：

ISF_q(i)＝α*past_ISF_q(i)+(1-α)*ISF_mean(i)，i＝0...15；

其中，α＝0.9；ISF_q(i)是当前帧的ISF向量；past_ISF_q(i)是上一帧的ISF向量；ISF_mean(i)是ISF的部分自适应平均值，由ISF的自适应平均值和ISF的常数平均值组成：ISF_mean(i)＝β*ISF_{const_mean}(i)+(1-β)*ISF_{adaptive_mean}(i)，i＝0...15；其中，β＝0.25； ${\mathrm{ISF}}_{\mathrm{adaptive}\_\mathrm{mean}}\left(i\right)=\frac{1}{3}\underset{i=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{past}\_\mathrm{IS}{F}_q\left(i\right),$ 是最近3个好帧的谱参数的自适应平均值，每次确定一个好帧则更新一次该参数，ISF_{const_mean}(i)是ISF向量的常数平均值向量(即谱参数的常数平均值)。

在AMR-WB和AMR-WB+语音编解码器的帧错误隐藏的谱参数替换实现方案中，当出现连续多个坏帧时，则由于最近的好帧的ISF和当前坏帧的相关性应当减弱，因此，相应的替换谱参数的计算方式仍然不能够获得较佳的谱参数，即无法获得较佳的语音性能。

发明内容

本发明提供了一种解码方法及装置，以在解码过程中，可以为错误帧确定准确的谱参数，从而提高合成后的语音质量。

本发明具体提供了一种解码方法，该方法包括接收编码端发来的数据帧，若发生坏帧，则计算确定当前坏帧的谱参数，根据计算确定的坏帧的谱参数进行解码操作获得解码后的数据，确定坏帧的谱参数的处理过程包括：

确定当前发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值；

根据所述连续坏帧数量，将所述的好帧的谱参数向所述谱参数的常数平均值进行自适应偏移，计算获得当前坏帧的谱参数信息。

本发明还提供了一种解码装置，该装置中包括用于计算确定当前坏帧的谱参数的谱参数计算单元，该谱参数计算单元用于将确定的谱参数提供给解码处理实体，以用于进行解码操作，该谱参数计算单元具体包括：

参数获取单元，用于获取确定当前发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值；

谱参数确定单元，用于根据参数获取单元确定的所述连续坏帧数量，将所述的好帧的谱参数向所述谱参数的常数平均值进行自适应偏移，计算获得当前坏帧的谱参数信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明是发生连续坏帧时，逐渐减小最近好帧谱参数与当前坏帧谱参数的相关度，因而可以获得更为准确的当前坏帧的谱参数信息，这样，便可以在相同码率及帧错误率情况下获得更好的语音质量。

另外，本发明在发生帧错误，并需要替换谱参数时，仅使用距当前坏帧最近的一个好帧的谱参数作为最近好帧的谱参数，而不再使用更早的好帧的谱参数，因而，本发明可以有效节约解码器的内存和减小了计算复杂度。

附图说明

图1为现有技术中语音信号传输过程示意图；

图2为本发明提供的方法的实施例的实现过程示意图；

图3为本发明提供的装置的实施例的实现结构示意图；

图4为本发明提供的实施例的处理过程示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种解码方法及装置的具体实现方案，在该实现方案中，解码端接收编码端发来的数据帧，若接收到的数据帧发生坏帧，则在解码端需要计算确定当前坏帧的谱参数，之后，再根据计算确定的坏帧的谱参数进行解码操作获得解码后的数据。在解码过程中，只有准确确定出发生的坏帧的谱参数，才能够对接收到的数据帧进行准确的解码处理。

本发明便提供了一种解码方法及装置，其可以在解码过程中准确地计算确定坏帧的谱参数，从而可以提高解码的性能。

下面将对本发明提供的可以准确确定坏帧的谱参数的具体实现方案进行详细说明。

在数据传输过程中，通过分析可以获知，最近一个好帧的谱参数和当前坏帧的谱参数的相关度应大于其他好帧，因此，在重新进行用于替换的谱参数的计算过程中可以忽略考虑其他好帧中的谱参数信息。

本发明具体是统计最近出现的连续坏帧个数，当发生连续坏帧时，则在进行谱参数替换过程中逐渐减小最近好帧与当前坏帧的相关度；而且，当发生帧错误，需要替换谱参数时，只采用最近一个好帧的谱参数，以节约解码器的内存和减小计算复杂度。也就是说，本发明中，具体是根据所述连续坏帧数量，将所述的好帧的谱参数向所述谱参数的常数平均值进行自适应偏移，计算获得当前坏帧的谱参数信息。

为便于对本发明的理解，下面将结合附图对本发明所述的方法的具体实现过程进行描述。

本发明所述的方法中提供的确定当前坏帧的谱参数的实施例的处理过程如图2所示，为实现图2所示的处理过程，则需要在解码端预先记录保存当前发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值；之后，相应的处理过程具体包括：

步骤11：在解码端，确定当前发生的连续坏帧数量；

步骤12：确定距当前坏帧最近的好帧的谱参数；

所述的好帧为当前坏帧之前的好帧，具体可以为距当前坏帧最近的一个好帧，也可以为距当前坏帧最近的多个好帧，优选采用一个好帧；若采用多个好帧，则还需要计算确定多个好帧对应的谱参数值；

步骤13：根据当前的连续坏帧数量确定计算当前坏帧的谱参数所需要的第一权重系数和第二权重系数，由于第一权重系数与第二权重系数之和为1，故首先计算出任一权重系数即可；

具体为根据当前发生的连续坏帧数量确定所述好帧的谱参数的第一权重系数及谱参数的常数平均值的第二权重系数，其中，具体包括：

(1)第一种计算权重系数的方式为：通过预先设定的以所述连续坏帧数量作为变量的第一自适应函数计算获得所述的第二权重系数，该第一自适应函数为其值随着连续坏帧数量的递增而递增的任意函数，所述的第一权重系数为根据第二权重系数计算确定；

(2)第二种计算权重系数的方法为：通过以所述连续坏帧数量作为变量的第二自适应函数计算获得所述的第一权重系数，该第二自适应函数为其值随着连续坏帧数量的递增而递减的任意函数，且所述的第二权重系数为根据所述的第一权重系数计算确定。

步骤14：根据所述的好帧的谱参数与谱参数的常数平均值，以及其分别对应所述的第一权重系数与第二权重系数计算确定当前坏帧的谱参数信息；

该步骤具体为以第一权重系数与所述好帧的谱参数的乘积，再加上第二权重系数与谱参数的常数平均值的乘积作为当前坏帧的谱参数；

其中，所述的谱参数的常数平均值为通过长时间语音信号获得的谱参数进行求平均后获得的常数平均值向量。

下面将以一个具体的应用实施例对本发明的应用过程进行说明。

具体以选用ISF作为谱参数为例，假设当前发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值均为已知；则在发生帧错误(即出现坏帧)时，本发明根据最近连续坏帧的数量，将距当前坏帧最近的上一个好帧的ISF向ISF的常数平均值进行自适应偏移，得到的值作为错误帧的ISF，具体的处理过程如下：

假设在该实施例中，预先设置所述的第一自适应函数为：1-f(bfi_count)，其中f(bfi_count)为以表示连续坏帧数量的参数bfi_count作为变量的自适应函数，该自适应函数为随着bfi_count值的递增而递增，且0≤f(bfi_count)≤1，或者，预先设置所述的第二自适应函数为：f(bfi_count)；所述的两个自适应函数可以预先均设置好，或者，也可以仅设置其中一个自适应函数，另一个自适应函数则由设置好的自适应函数计算获得即可。

基于上述假设，在该实施例中，相应的当前坏帧的谱参数ISF为：

ISF_q(i)＝[1-f(bfi_count)]*past_ISF_q(i)+f(bfi_count)*ISF_{const_mean}(i)(1)

i＝0，1，...，order-1；

其中：

ISF_q(i)是当前帧的ISF向量；

past_ISF_q(i)是上一好帧的ISF向量；

ISF_{const_mean}(i)是ISF向量的长期平均值常数向量，即谱参数的常数平均值，在此可以称为ISF的常数平均值；

bfi_count是最近连续坏帧的数量；

order是谱参数的阶数。

根据上述式(1)可知，当已经最近连续坏帧的数量，上一个好帧的ISF值，以及ISF的常数平均值，便可以计算出当前坏帧的谱参数ISF，而且，整个计算过程较为简单，同时，因为，在计算谱参数过程中考虑了连续坏帧的数量的参数，因而可以使得计算出的谱参数更为准确，从而也就可以在解码端获得较佳的语音质量了。

需要说明的是，本发明中，若使用LSF作为谱参数，则仍可以使用上述计算方式进行谱参数的计算，由于相应的计算过程相同，故不再一一描述。

基于上述实施例，下面将再以一个更具体一点的应用实施例对本发明进行说明。在该实施例中，假设自适应函数f(bfi_count)为

即1-f(bfi_count)为则相应的谱参数ISF的计算公式为：

${\mathrm{ISF}}_q\left(i\right)=\frac{1}{\mathrm{bfi}\_\mathrm{count}+1}*\mathrm{past}\_\mathrm{IS}{F}_q\left(i\right)+\frac{\mathrm{bfi}\_\mathrm{count}}{\mathrm{bfi}\_\mathrm{count}+1}*{\mathrm{ISF}}_{\mathrm{const}\_\mathrm{mean}}\left(i\right)---\left(2\right)$

i＝0，1，...，order-1；

其中，式(2)中各参数的含义与式(1)相同。

通过式(2)可以准确计算出当前坏帧的谱参数ISF值。

本发明还提供了一种解码装置，该装置具体用于语音解码器中，并包括用于对坏帧进行错误隐藏的处理，即包括用于计算确定当前坏帧的谱参数的谱参数计算单元，该谱参数计算单元用于将确定的谱参数提供给解码处理实体，以解码处理实体利用该确定的谱参数进行解码操作，该装置的实施例的结构如图3所示，其中所述的谱参数计算单元具体包括参数获取单元及谱参数确定单元，其中：

(1)参数获取单元

该单元具体用于获取确定当前发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值；其中，所述的坏帧之前的好帧的谱参数为距当前坏帧最近的一个好帧的谱参数。

为此，解码端需要设置相应的连续坏帧数记录单元、好帧的谱参数记录单元及谱参数的常数平均值保存单元，分别记录保存统计获得的最近连续收到坏帧数目、上一个好帧的谱参数及保存谱参数的常数平均值，以便于为参数获取单元提供相应的各参数信息；

(2)谱参数确定单元

该单元用于根据最近连续收到的坏帧数目、上一个好帧的谱参数、谱参数的常数平均值，计算出当前坏帧的谱参数的替换值；具体用于根据参数获取单元确定的所述连续坏帧数量，将所述的好帧的谱参数向所述谱参数的常数平均值进行自适应偏移，计算获得当前坏帧的谱参数信息；

所述的谱参数确定单元具体可以包括权重系数计算单元和计算谱参数单元，其中：

权重系数计算单元，用于根据当前发生的连续坏帧数量确定所述好帧的谱参数的第一权重系数及谱参数的常数平均值的第二权重系数，其中，第一权重系数与第二权重系数之和为1；

计算谱参数单元，用于根据所述的好帧的谱参数与谱参数的常数平均值，以及其分别对应所述的第一权重系数与第二权重系数计算确定当前坏帧的谱参数信息。

(3)自适应函数保存单元

优选地，所述的装置还包括自适应函数保存单元，用于保存以所述连续坏帧数量作为变量的第一自适应函数，该第一自适应函数值随着连续坏帧数量的递增而递增，或者，还可以保存以所述连续坏帧数量作为变量的第二自适应函数，该第二自适应函数随着连续坏帧数量的递增而递减；即在该单元中，所述的两个自适应函数可以预先均设置并保存，也可以仅设置保存其中一个自适应函数，另一个自适应函数则由设置保存好的自适应函数计算获得。

所述的第一自适应函数输出给权重系数计算单元后，权重系数计算单元利用该第一自适应函数及已知的连续坏帧数量值计算确定所述第二权重系数，并利用该第二权重系数计算获得所述的第一权重系数，或者，利用所述的第二自适应函数及已知的连续坏帧数量值计算确定所述第一权重系数，并利用该第一权重系数计算获得所述的第二权重系数。

其中，所述的自适应函数保存单元中保存的所述的第一自适应函数为：

其中，bfi_count为的述连续坏帧数量，或者，所述的第二自适应函数为：

下面将以一个完整的解码过程实施例，对本发明提供的实现方案进行描述，具体如图4所示，包括：

解码端接收到一帧数据后，判断是否为坏帧(即判断该帧是否出现错误)，如果当前帧为坏帧，则统计连续坏帧数目，并根据统计的连续坏帧数目、存储的谱参数的常数平均值及记录的距当前坏帧最近的一个好帧的谱参数计算确定当前坏帧的谱参数的替换值，具体的计算方式前面已经描述，在此不再详细说明；如果当前帧为好帧，则记录该好帧的谱参数，以备后续计算谱参数的替换值应用，同时，因当前帧为好帧，故还需要将连续坏帧数清0，即之后需要重新统计连续坏帧的数目；

相应的解码过程包括：对于当前好帧，则直接利用好帧的谱参数进行后续的解码处理；对于当前帧为坏帧的情况，则针对当前帧利用计算获得的谱参数的替换值进行后续的解码处理。

综上所述，本发明中，当发生连续坏帧时，在解码端将逐渐减小最近好帧的谱参数与当前坏帧谱参数的相关度，从而可以在相同码率及帧错误率情况下获得更好的音质。而且，本发明在发生帧错误后，仅使用最近一个好帧的谱参数作为计算当前坏帧的谱参数的依据，而不再使用更早的好帧的谱参数，因而，可以有效节约解码器的内存和减小了计算复杂度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1、一种解码方法，该方法包括接收编码端发来的数据帧，若发生坏帧，则计算确定当前坏帧的谱参数，根据计算确定的坏帧的谱参数进行解码操作获得解码后的数据，其特征在于，确定坏帧的谱参数的处理过程包括：

确定发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值；

根据所述连续坏帧数量，将所述的好帧的谱参数向所述谱参数的常数平均值进行自适应偏移，计算获得当前坏帧的谱参数信息。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的坏帧之前的好帧为距当前坏帧最近的一个好帧。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的计算获得当前坏帧的谱参数信息的处理具体包括：

根据发生的连续坏帧数量确定所述好帧的谱参数的第一权重系数及谱参数的常数平均值的第二权重系数，其中，所述的第一权重系数与第二权重系数之和为1；

根据所述的好帧的谱参数与谱参数的常数平均值，以及其分别对应所述的第一权重系数与第二权重系数计算确定当前坏帧的谱参数信息。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的第二权重系数为通过以所述连续坏帧数量作为变量的第一自适应函数计算获得，该第一自适应函数随着连续坏帧数量的递增而递增，或者，所述的第一权重系数为通过以所述连续坏帧数量作为变量的第二自适应函数计算获得，该第二自适应函数随着连续坏帧数量的递增而递减。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的第一自适应函数为：

其中，bfi_count为所述连续坏帧数量，或者，所述的第二自适应函数为：

6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：

预先记录保存发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值。

7、一种解码装置，该装置中包括用于计算确定当前坏帧的谱参数的谱参数计算单元，该谱参数计算单元用于将确定的谱参数提供给解码处理实体，以用于进行解码操作，其特征在于，该谱参数计算单元具体包括：

参数获取单元，用于获取确定发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值；

谱参数确定单元，用于根据参数获取单元确定的所述连续坏帧数量，将所述的好帧的谱参数向所述谱参数的常数平均值进行自适应偏移，计算获得当前坏帧的谱参数信息。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的参数获取单元获取的坏帧之前的好帧的谱参数为距当前坏帧最近的一个好帧的谱参数。

9、根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述的谱参数确定单元具体包括：

权重系数计算单元，用于根据发生的连续坏帧数量确定所述好帧的谱参数的第一权重系数及谱参数的常数平均值的第二权重系数，其中，第一权重系数与第二权重系数之和为1；

计算谱参数单元，用于根据所述的好帧的谱参数与谱参数的常数平均值，以及其分别对应所述的第一权重系数与第二权重系数计算确定当前坏帧的谱参数信息。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的装置还包括自适应函数保存单元，用于保存以所述的连续坏帧数量作为变量的第一自适应函数，该第一自适应函数值随着连续坏帧数量的递增而递增，或者，保存以所述的连续坏帧数量作为变量的第二自适应函数，该第二自适应函数随着连续坏帧数量的递增而递减；所述的第一自适应函数输出给权重系数计算单元后，权重系数计算单元利用该第一自适应函数及已知的连续坏帧数量值计算确定所述第二权重系数，或者，利用该第二自适应函数及已知的连续坏帧数量值计算确定所述第一权重系数。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的自适应函数保存单元中保存的所述的第一自适应函数为：

其中，bfi_count为所述连续坏帧数量，或者，所述的第二自适应函数为：

12、根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述的装置中还包括连续坏帧数记录单元、好帧的谱参数记录单元及谱参数的常数平均值保存单元，分别记录保存发生的连续坏帧数量、坏帧之前的好帧的谱参数及谱参数的常数平均值，并用于提供给参数获取单元。

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