CN101479790B - 噪声合成 - Google Patents

噪声合成 Download PDF

Info

Publication number
CN101479790B
CN101479790B CN2007800245558A CN200780024555A CN101479790B CN 101479790 B CN101479790 B CN 101479790B CN 2007800245558 A CN2007800245558 A CN 2007800245558A CN 200780024555 A CN200780024555 A CN 200780024555A CN 101479790 B CN101479790 B CN 101479790B
Authority
CN
China
Prior art keywords
filter
noise
sampling
shaping
filter coefficient
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007800245558A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101479790A (zh
Inventor
安德烈亚斯·赫里茨
马雷克·什切尔巴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of CN101479790A publication Critical patent/CN101479790A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101479790B publication Critical patent/CN101479790B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00—Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

用于生成经频谱整形后的噪声的装置(1)，该装置包括滤波器单元(13)，该滤波器单元(13)用于应用代表频谱包络的滤波器系数来对输入噪声样本进行滤波处理。该滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况而确定的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生成经频谱整形后的噪声。还可以通过上采样单元(14)来改变噪声频谱。

Description

噪声合成
技术领域
本发明涉及噪声合成。具体来说，本发明涉及用于噪声合成的装置和方法，所述噪声合成与采样率基本无关。
背景技术
在声音合成器和(参数)解码器中必须合成噪声。这可以通过应用一组参数来生成随机噪声并对其整形来实现，所述参数可以包括但不限于一个或多个增益参数、时间包络参数和频谱包络参数。由随机噪声发生器生成的噪声样本可以通过时间整形单元和/或频谱整形单元进行处理，其中时间整形单元和频谱整形单元分别用于对噪声信号的时间包络和频谱包络进行整形。
频谱整形单元通常包括整形滤波器，该整形滤波器的滤波器系数是针对特定的采样频率例如44.1kHz(CD采样频率)而确定的。然而，由于实际上会使用各种数据存储格式，其中很多数据存储格式具有其自己的采样频率(例如16.0kHz或48.0kHz)，因此有必要将声音信号从一种采样频率转换到另一种采样频率。为此提供了采样率转换器。但是采样率转换器相对昂贵，会显著地为应用该转换器的装置增加成本。另一种方案是，可以重新计算滤波器系数来匹配新的采样频率。但重新计算滤波器系数较为复杂而且需要大量的处理。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术的上述及其它问题，并提供用于生成噪声特别是经频谱整形后的噪声的装置和方法，该装置和方法能够在各种采样频率下生成噪声而无需使用采样率转换器或者重新计算滤波器系数。
因此，本发明提供了一种用于生成经频谱整形后的噪声的装置，该装置包括滤波器单元，该滤波器单元用于应用代表频谱包络的滤波器系数来对输入的噪声样本进行滤波处理，其中该滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况而确定的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生成经频谱整形后的噪声。
通过在不同的采样频率下应用该频谱包络滤波器，可以在不同的采样频率下生成噪声而无需采样频率转换器。发明人发现，只要第一采样频率和第二采样频率之差不太大，例如小于第一采样频率的50％，则很有可能在不明显影响声音质量的情况下使频谱包络滤波器在不同的频率下工作。因此，根据本发明，设计工作在16.0kHz下的滤波器可以在22.0kHz下使用(+37.5％)。
如果期望与原始或第一采样频率偏离较多，则可以通过上采样来有效地获得采样频率的倍频或者四倍频，从而提高噪声样本的数量。可以通过在噪声样本之间插零以及实质上已知的后续滤波来进行上采样。因此可以在上采样之后应用整形滤波器系数来进一步进行频谱整形处理，从而降低混杂效应。
如上所述，在本发明中，当期望与原始采样频率偏离较小时不使用上采样。
根据本发明的另一个重要方面，上述的两项技术可以合并起来实现进一步的采样频率调整。如果(举例来说)设计用于16.0kHz的滤波器在44.1kHz下使用，则本发明建议：(1)通过上采样使采样率倍增至32.0kHz，然后(2)在44.1kHz下使用32.0kHz的噪声样本。
根据本发明的装置可以进一步包括时间包络整形单元以及重叠相加(overlap-and-add)单元。滤波器单元优选地包括诸如拉盖尔(Laguerre)滤波器之类的频率卷绕(frequency-warped)滤波器。
本发明还提供一种消费电子装置，其包括如上所述的装置，如移动电话装置或者便携音频装置，本发明还提供一种包括上述装置的音频系统。
本发明还提供一种生成经频谱整形后的噪声的方法，该方法包括如下步骤：
接收噪声样本，
应用代表频谱包络的滤波器系数对所接收的噪声样本进行滤波处理，以及
输出滤波后的噪声样本，
其中所述滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况确定的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生成频谱整形后的噪声。
可以通过上采样来增加噪声样本的数量，并且在上采样之后可以应用整形滤波器系数来进一步进行频谱整形，优选的是低通滤波。但是样本的数量也可以保持恒定。
本发明还提供了用于执行上述方法的计算机程序产品。计算机程序产品可以包括一组存储在诸如CD或DVD之类的数据载体上的计算机可执行指令。允许可编程计算机实现如上所述方法的该组计算机可执行指令，也可以通过例如互联网从远程服务器下载获得。
附图说明
下面参照附图中所示的示例性实施例来进一步描述本发明，在附图中：
图1示意性示出根据本发明的装置的第一实施例。
图2示意性示出根据本发明的装置的第二实施例。
图3示意性示出可以用在图2所示实施例中的第一示例上采样滤波器。
图4示意性示出可以用在图2所示实施例中的第二示例上采样滤波器。
图5示意性示出根据本发明来提高采样频率的步骤。
具体实施方式
在图1中仅作为非限定性的示例示出的噪声生成装置1包括时间包络滤波器(TEF)单元11、重叠相加(OLA)单元12、和频谱包络滤波器(SEF)单元13。输入终端10接收由随机噪声发生器2生成的随机噪声信号x(n)。尽管随机噪声发生器2被图示为外部单元，其也可以并入装置1。
时间包络滤波器单元11还接收定义了一个或多个时间包络的第一参数或时间包络参数c1。滤波器单元11根据第一参数c1对随机噪声x(n)的时间包络进行有效的整形。
随机噪声x(n)可以由按照帧的形式排列的样本组成。重叠相加(OLA)单元12将重叠帧的(时间整形后的)样本相加来生成馈至频谱包络滤波器(SEF)单元13的信号，频谱包络滤波器(SEF)单元13还接收第二参数或频谱包络参数c2。在输出端19输出经时间整形和频谱整形后的噪声信号z(n)。
频谱包络单元13通常包括滤波器(如拉盖尔滤波器)，该滤波器用于将期望的频谱包络施加给噪声信号。滤波器参数决定于(等于)第二参数c2。数字滤波器被设计为工作在特定的采样率下，该采样率将被称为设计采样频率(DSF)或者设计采样率。也即，计算滤波器参数以便在设计采样频率下产生特定的滤波器特性。当采用其它采样频率时，所得的包络将沿着频率轴平移。
根据本发明，频谱包络滤波器用在另一个采样频率即工作采样频率下，该工作采样频率是为该滤波器设计的采样频率。发明人发现，在特定的限度内，这种用法仍能获得令人满意的结果。具体来说，实际采样频率或工作采样频率可以高于或低于设计采样频率的最多50％，尽管其差值优选为最多40％。
使用本发明，频谱包络滤波器可以例如设计成在16.0kHz下使用而实际在16.0kHz和22.05kHz下使用。
如果设计采样频率和工作采样频率之差超过50％，优选使用图2所示的实施例，其中使用了上采样处理。图2所示的实施例基本上与图1中的实施例相同，只是增加了上采样(US)单元14和整形滤波器(SF)单元15。上采样单元14通过在样本之间插零来对噪声进行上采样。在相邻的样本之间插入单个零值会导致采样频率的倍增，而在每一对样本之间插入两个零值会有效地将采样频率增至三倍。上采样会引入不期望的频谱分量，通过整形滤波器15来去除这些不期望的频谱分量。
图3示出了(上采样)整形滤波器15的一种适合的整形滤波器特性曲线。示出了作为归一化频率f的函数的幅值A(以分贝表示)，f＝1的值对应于原始(即设计)采样频率的一半，原始采样频率对应于原始Nyquist频率。可以看出，在此示例中，低通滤波器特性曲线S的幅值在f＝0.8处取-3dB的值。因此，任何超过原始Nyquist频率的混杂分量都将被抑制。
图4示出了(上采样)整形滤波器15的另一种适合的整形滤波器特性曲线。仍然示出了作为归一化频率f的函数的幅值A(以分贝表示)，f＝1的值对应于原始(即设计)采样频率的一半，原始采样频率对应于原始Nyquist频率。在该示例中，所使用的采样频率将会加倍。因此，新的Nyquist频率将对应于f＝2.0的值，该值(在本实施例中)还对应于原始采样频率。
在图4的示例中，低通滤波器特性曲线S的幅值在f＝0和f＝1.0之间基本恒定，然后逐渐降至f＝2.0处的大约-40分贝。因此，仅部分地抑制了混杂分量。在图4中示出了原始噪声频谱T以及增加的频谱T’，T’是由于插零导致的混杂所造成的。图4中的滤波器特性曲线S仅部分地抑制这些混杂分量T’，造成了高频的频谱部分V。可以看出，由于插零，会使得频谱通过使用原始频谱T的混杂分量T’而有效地从f＝1.0扩展至f＝2.0。通过这种方法可以生成扩展的频谱。
图5示出了本发明中将设计成在16.0kHz的采样频率下使用的滤波器用于44.1kHz下的方法。
从阶段I和16.0kHz的采样频率开始，在阶段II通过应用22.05kHz的采样频率(步骤A)来有效地平移频谱，然后在阶段III使采样频率倍增(步骤B)以获得44.1kHz的采样频率。通过前述的上采样以及随后的滤波处理来实现采样频率的倍增。
本发明基于如下的认识，即，滤波器(特别是频谱包络滤波器)可以在与其设计采样频率不同的采样频率下工作。本发明还得益于如下进一步的认识，即可以有利地使用上采样处理来有效地减小针对滤波器而设计的工作采样频率与该滤波器实际工作时的工作频率之间的差。
注意，此文件中所使用的任何术语都不应理解为是对本发明的范围的限定。特别是，词语“包括”和“包含”并非意在排除任何没有具体规定的元素。单个的(电路)元件可以由多个(电路)元件或其等价物代替。
本领域的技术人员应当理解，本发明不限于上述的实施例，在不偏离由权利要求限定的发明范围的前提下可以做出很多修改和增补。

Claims (14)

1.一种用于生成经频谱整形后的噪声的装置(1)，该装置包括：
滤波器单元(13)，该滤波器单元(13)用于应用代表频谱包络的滤波器系数来对输入噪声样本进行滤波处理，
其中该滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况而确定的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生成经频谱整形后的噪声，其中所述第一采样频率和第二采样频率之间的差值小于所述第一采样频率的50％；以及
上采样单元(14)，用于如果期望与第一采样频率偏离较多，通过倍频或四倍频来对噪声样本进行上采样来对噪声样本进行上采样处理。
2.如权利要求1所述的装置，其中在上采样处理之后应用整形滤波器系数进行进一步的频谱整形。
3.如权利要求1所述的装置，还包括时间包络整形单元(11)和重叠相加单元(12)。
4.如权利要求1所述的装置，其中滤波器单元(13)包括频率卷绕滤波器。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述频率卷绕滤波器是拉盖尔滤波器。
6.一种消费电子装置(9)，包括如权利要求1所述的装置(1)。
7.如权利要求6所述的消费电子装置，该消费电子装置为移动电话装置或者便携音频装置。
8.一种包含如权利要求1所述的装置(1)的音频系统。
9.一种生成经频谱整形后的噪声的方法，该方法包括如下步骤：
接收噪声样本，
应用代表频谱包络的滤波器系数来对所接收的噪声样本进行滤波处理，
如果期望与第一采样频率偏离较多，通过倍频或四倍频来对噪声样本进行上采样来，以及
输出滤波后的噪声样本，
其中所述滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况而确定的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生成经频谱整形后的噪声，
其中所述第一采样频率和所述第二采样频率之间的差值小于所述第一采样频率的50％。
10.如权利要求9所述的方法，其中通过上采样处理来增加噪声样本的数量。
11.如权利要求10所述的方法，其中在上采样处理之后进一步应用整形滤波器系数进行频谱整形。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述滤波器系数是频率卷绕滤波器系数。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述滤波器系数是拉盖尔滤波器系数。
14.如权利要求9所述的方法，其中在进行滤波处理之前对所接收的噪声样本进行时间整形处理。
CN2007800245558A 2006-06-29 2007-06-27 噪声合成 Expired - Fee Related CN101479790B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06116309 2006-06-29
EP06116309.3 2006-06-29
PCT/IB2007/052492 WO2008001318A2 (en) 2006-06-29 2007-06-27 Noise synthesis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101479790A CN101479790A (zh) 2009-07-08
CN101479790B true CN101479790B (zh) 2012-05-23

Family

ID=38792213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800245558A Expired - Fee Related CN101479790B (zh) 2006-06-29 2007-06-27 噪声合成

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20090281813A1 (zh)
EP (1) EP2038884A2 (zh)
JP (1) JP2010513940A (zh)
CN (1) CN101479790B (zh)
WO (1) WO2008001318A2 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0704622D0 (en) * 2007-03-09 2007-04-18 Skype Ltd Speech coding system and method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1328683A (zh) * 1998-10-27 2001-12-26 沃斯艾格公司 对过采样合成宽带信号进行高频分量恢复的方法与设备
CN1388964A (zh) * 2000-09-08 2003-01-01 皇家菲利浦电子有限公司 具有自适应噪声整形调制的音频信号处理系统
CN1765049A (zh) * 2003-03-27 2006-04-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于数字信号的音量控制设备

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59219042A (ja) * 1983-05-26 1984-12-10 Nf Kairo Sekkei Block:Kk デイジタルアナログ変換方法
SE512719C2 (sv) * 1997-06-10 2000-05-02 Lars Gustaf Liljeryd En metod och anordning för reduktion av dataflöde baserad på harmonisk bandbreddsexpansion
DE19829289C2 (de) * 1998-06-30 2001-12-06 Siemens Ag Verfahren zur Berechnung der Koeffizienten eines nichtrekursiven digitalen Filters
JP2000305599A (ja) * 1999-04-22 2000-11-02 Sony Corp 音声合成装置及び方法、電話装置並びにプログラム提供媒体
US6704711B2 (en) * 2000-01-28 2004-03-09 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) System and method for modifying speech signals
DE60129771T2 (de) * 2000-03-15 2008-04-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Laguerre funktion für audiokodierung
SE522553C2 (sv) * 2001-04-23 2004-02-17 Ericsson Telefon Ab L M Bandbreddsutsträckning av akustiska signaler
US6895375B2 (en) * 2001-10-04 2005-05-17 At&T Corp. System for bandwidth extension of Narrow-band speech
JP3606522B2 (ja) * 2002-03-19 2005-01-05 日本通信機株式会社 周波数変換装置および方法
US7587254B2 (en) * 2004-04-23 2009-09-08 Nokia Corporation Dynamic range control and equalization of digital audio using warped processing
US7787563B2 (en) * 2004-12-08 2010-08-31 Texas Instruments Incorporated Transmitter for wireless applications incorporation spectral emission shaping sigma delta modulator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1328683A (zh) * 1998-10-27 2001-12-26 沃斯艾格公司 对过采样合成宽带信号进行高频分量恢复的方法与设备
CN1388964A (zh) * 2000-09-08 2003-01-01 皇家菲利浦电子有限公司 具有自适应噪声整形调制的音频信号处理系统
CN1765049A (zh) * 2003-03-27 2006-04-26 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于数字信号的音量控制设备

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AKI HARMA et al..Frequency-Warped Signal Processing for Audio Applications.《Journal of the Audio Engineering Society》.2000,第48卷(第11期),1011-1031. *
IEEE Signal Processing Education Workshop》.2004,356-360. *
Werner Verhelst et al..NOISE SHAPING FILTER DESIGN FOR MINIMALLY AUDIBLE SIGNAL REQUANTIZATION.《IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics 2001》.2001,147-150. *
Yoshikazu Yokotani et al..Improved Lossless Audio Coding using the Noise-Shaped IntMDCT.《2004 IEEE 11th Digital Signal Processing Workshop & IEEE Signal Processing Education Workshop》.2004,356-360.
Yoshikazu Yokotani et al..Improved Lossless Audio Coding using the Noise-Shaped IntMDCT.《2004 IEEE 11th Digital Signal Processing Workshop &amp *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2038884A2 (en) 2009-03-25
CN101479790A (zh) 2009-07-08
JP2010513940A (ja) 2010-04-30
US20090281813A1 (en) 2009-11-12
WO2008001318A3 (en) 2008-02-28
WO2008001318A2 (en) 2008-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1451812B1 (en) Audio signal bandwidth extension
EP0657873B1 (en) Speech signal bandwidth compression and expansion apparatus, and bandwidth compressing speech signal transmission method, and reproducing method
US20070233466A1 (en) Low complexity subband-domain filtering in the case of cascaded filter banks
US20080056511A1 (en) Audio Signal Interpolation Method and Audio Signal Interpolation Apparatus
US20080170719A1 (en) Signal processing apparatus
EP3166107B1 (en) Audio signal processing device and method
CN102576537A (zh) 用于处理音频信号的方法和装置
Lattanzi et al. NU-Tech: The entry tool of the hArtes toolchain for algorithms design
US20080215330A1 (en) Audio Signal Modification
JP3576942B2 (ja) 周波数補間システム、周波数補間装置、周波数補間方法及び記録媒体
CN101479790B (zh) 噪声合成
CN103001644A (zh) 提供任意输入取样及输出调制频率的数字信号调制装置及数字信号调制方法
CN102543091B (zh) 一种模拟音效的生成系统及方法
US20030108108A1 (en) Decoder, decoding method, and program distribution medium therefor
EP2012302A1 (en) Harmonic producing device, digital signal processing device, and harmonic producing method
JP2010068033A (ja) Ｆｍ送信回路及びオーバーサンプリング処理回路
Franck et al. Higher-order integrated wavetable synthesis
EP2026466A1 (en) Synthetic aperture radar having spectrally pure chirp signals
EP2451076B1 (en) Audio signal processing device
JP5241373B2 (ja) 高調波生成装置
US10839824B2 (en) Audio device, missing band estimation device, signal processing method, and frequency band estimation device
CN101479789A (zh) 对声音参数进行解码
US20100116122A1 (en) Harmonic sound generator and a method for producing harmonic sound
US7205914B1 (en) System and method for efficient upsampled signal processing
CN115395981B (zh) 一种高速跳频信号的数学建模与生成方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120523

Termination date: 20140627

EXPY Termination of patent right or utility model