CN102783034B - 用于提供信号处理系数的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于提供信号处理系数以用于以预定信号处理取样速率(f2)处理输入信号(S1)的方法和设备，其中以输入信号取样速率(f1)接收所述输入信号(S1)，所述方法包括以下步骤：基于以所述输入信号取样速率(f1)所接收的所述输入信号(S1)计算相关或协方差函数，从而提供在所述输入信号取样速率(f1)下的相关或协方差系数(r1)；对具有所述输入信号取样速率(f1)的所述所计算的相关或协方差系数(r1)再取样，从而提供在所述预定信号处理取样速率(f2)下的相关或协方差系数(r2)；以及基于在所述预定信号处理取样速率(f2)下的所述相关或协方差系数(r2)来推算信号处理系数(c2)。

Description

用于提供信号处理系数的方法和设备

领域技术

本发明涉及一种用于提供信号处理系数以用于以预定信号处理取样速率处理输入信号的方法和设备。

背景技术

在常规音频和语音数字信号通信系统中，信号可由编码器压缩。经压缩的位流可接着被打包并经由通信信道逐帧地发送到解码器。包括编码器和解码器的系统也称为编解码器装置。使用语音音频压缩来减少表示所提交的语音或音频信号的位的数目，借此减小所发射信号的位速率。

目前已知的有多种不同的语音编码方案。举例来说，可采用例如线性预测编码(LPC)、波形编码或子带/变换编码等编码算法。对一个特定应用来说，所采用的编码算法的算法延迟或多或少是相关的。对于广播应用，由编解码器产生的延迟不会对已产生的延迟产生影响，通常所述的已产生的延迟相当高且可在100ms与300ms之间的范围内。在常规对话应用中且尤其针对VoIP，延迟约束是设计编解码器时的一个重要因素。在基于线性预测编码的语音音频编解码器中，可使用线性预测滤波器来估计频率包络。线性预测编码的原理是，使在预定时期如5ms、10ms、20ms或40ms内输入信号与所估计信号之间的平方差的总和最小。可使用协方差或自相关函数基于待编码的输入信号的加窗版本来计算线性预测滤波系数。通常，所采用的窗除了待编码的输入信号的当前样本外还考虑部分过去样本。被编码的样本通常在所采用的窗上居中。因此，将窗施加于过去样本上以及当前经编码帧上以及将来样本上，这种将来的样本也称为先行(look-ahead))。

在一些常规的基于线性预测编码(LPC)的编码器中，在已执行再取样之后进行LPC估计。举例来说，在以宽带WB或超宽带SWB为目标的语音和音频编码算法中，带宽可经拆分以便给予低频率部分更多重要性(即，更高的位速率)，所述低频率部分在感知上更相关，因为人类听觉系统在信号频谱的低频率部分中更加敏感。举例来说，根据G.729.1，音频带宽首先被拆分为两个频带0-4kHz和4-8kHz，随后在第一频带中进行CELP编码(码激励线性预测)且在第二频带中进行带宽扩展。

图1展示常规编码布置的框图，其包括用于将LPC滤波系数提供到语音处理单元的LPC估计单元。如图1中可见，所接收的数字输入音频信号可包括由子帧SF组成的帧F。在图1的所示实例中，帧F由4个子帧SF0、SF1、SF2、SF3组成，其中帧F可持续例如20ms。因此，每一子帧可具有包括例如80个样本的5ms长度。所接收的数字输入音频信号S1施加到执行输入信号的再取样的再取样滤波器RSF。输入信号S1以约例如16kHz的输入信号取样速率f1接收且施加到再取样滤波器，所述再取样滤波器以预定比率(例如4/5)对所接收信号进行再取样。以此方式，例如16kHz的输入信号取样速率f1经下取样为12.8kHz的取样速率。因此，由4个子帧SF组成的帧F可包括4×80个样本＝320个样本，且经下取样为具有256个样本的帧F′。因此，经下取样帧中的样本数目为2的幂，且允许使用较有效的语音处理算法。由再取样滤波器RSF提供的经再取样信号经拆分且施加到如图1所示的语音处理单元SPU，且施加到提供用于语音处理单元SPU的LPC滤波系数的LPC估计单元，或换句话说，施加到两者，施加到语音处理单元SPU且施加到如图1所示的LPC估计单元。因此，在再取样之后进行LPC估计。举例来说，由LPC估计单元通过使用基于窗化输入信号的自相关信号的“Levinson-Durbin”算法来推算LPC滤波系数。如图1中所说明，窗还施加在下一帧的将来样本上，即LPC先行。

如图1所示的常规处理布置包括再取样滤波器RSF。提供再取样级或再取样滤波器RSF的缺点在于，由于提供此额外滤波级而引入了额外延迟。如图1中可见，在重要信号路径中导致由再取样级或再取样滤波器引起的处理延迟。如图1中所说明，关键路径在延迟方面包含再取样滤波器延迟以及LPC先行。

再取样滤波器RSF例如为具有以下转移函数的线性相位FIR滤波器：

$H\left(w\right)=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{c}_k\·e^{-\mathrm{iwk}}$

其中C₀、C₁...C_N-1为系数序列，所引入的滤波器延迟为(N-1)/2。对于常规对话应用来说，尤其对于VoIP来说，此引入的延迟会降低系统的性能。

因此，本发明的一目的是提供一种用于提供信号处理系数以减少重要信号路径的所引入的延迟的方法和设备。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于提供信号处理系数以用于以预定信号处理取样速率处理输入信号的方法，其中以输入信号取样速率接收所述输入信号，且其中所述方法包括以下步骤：

(a)基于以输入信号取样速率所接收的输入信号计算相关或协方差函数，从而提供在输入信号取样速率下的相关或协方差系数，

(b)对具有输入信号取样速率的所计算的相关或协方差系数再取样，从而提供在预定信号处理取样速率下的相关或协方差系数，以及

(c)基于在预定信号处理取样速率下的相关或协方差系数来推算信号处理系数。

因此，通过根据本发明的第一方面的方法，不需要基于再取样信号而直接为所接收输入信号计算相关或协方差函数。通过根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法，接着对具有输入信号取样速率的所计算的相关或协方差系数再取样，从而提供在预定信号处理取样速率下的相关或协方差系数。因为不必为编码当前信号帧而对信号的先行部分再取样，所以根据本发明的第一方面的方法仅通过对由语音处理单元处理的帧进行滤波而减少总延迟。因此，通过根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法，通常低于先行的长度的再取样延迟与先行以并行而非叠加的方式产生。因此，通过根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法，将再取样延迟吸收到先行时间部分中，因此减少关键信号路径中产生的总延迟。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，所接收输入信号包括实际信号部分和先行信号部分。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，推算信号处理系数的步骤包括针对实际信号部分推算信号处理系数。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，所计算的相关或协方差系数和经取样的相关或协方差系数包括所接收输入信号的实际信号部分和先行信号部分。换句话说，所计算出的相关或协方差系数是已经用包括实际信号部分(例如，实际帧)和先行信号部分的输入信来计算过，且经再取样的相关或协方差系数也包括关于所接收输入信号的实际信号部分和先行信号部分的信息。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的另一可能实施方案中，信号处理系数包括线性预测编码滤波系数。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的另一可能实施方案中，信号处理系数包括输入信号的音调滞后。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，由再取样滤波器以再取样因子执行再取样。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，通过信号处理取样速率与输入信号取样速率之间的比率形成再取样滤波器。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，再取样滤波器执行所接收输入信号的下取样。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能替代实施方案中，再取样滤波器执行所接收输入信号的上取样。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的又一可能实施方案中，再取样滤波器以固定再取样因子执行所接收输入信号的下取样或上取样。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的另一可能替代实施方案中，再取样滤波器以可配置的再取样因子执行所接收输入信号的下取样或上取样。

在根据本发明的方法的可能实施方案中，可配置的再取样因子选自包括以下各者的下取样因子的群组

4/15，2/5，4/5，1/6，1/4，1/2。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，通过零相位再取样滤波器形成所述再取样滤波器。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，由预加重滤波器在再取样滤波器进行再取样之前对所计算的相关或协方差系数进行滤波。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，借助执行滤波系数推算算法的滤波系数推算单元来推算LPC滤波系数。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，通过Levinson-Durbin算法形成滤波系数推算算法。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的另一可能实施方案中，滤波系数推算算法为Burg算法。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的另一可能实施方案中，提供所推算的LPC滤波系数以适应线性预测滤波器。

依据根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案，线性预测滤波器由用于对输入信号或经再取样输入信号执行语音处理功能的语音处理单元使用。经再取样输入信号可为(例如)所接收输入信号的经再取样版本。可通过使用与用于所计算的相关或协方差系数的再取样相同的再取样因子对所接收输入信号再取样来获得所接收输入信号的经再取样版本。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的又一可能实施方案中，通过码激励线性预测(CELP)编码器形成语音处理单元。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的另一可能实施方案中，通过变换编码激励(TCX)编码器形成语音处理单元。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，所接收输入信号为包括信号帧的数字音频信号，每一信号帧由预定数目的样本组成。

根据第二方面，本发明进一步提供一种用于提供信号处理系数以用于以预定信号处理取样速率处理输入信号的设备，其中所述设备适于以输入信号取样速率接收所述输入信号，所述设备包括：

(a)计算单元，其适于基于以输入信号取样速率所接收的输入信号计算相关或协方差函数，从而提供在输入信号取样速率下的相关或协方差系数，

(b)再取样单元，其适于对具有输入信号取样速率的所计算的相关或协方差系数再取样，从而提供在预定信号处理取样速率下的相关或协方差系数；以及

(c)推算单元，其适于基于在预定信号处理取样速率下的相关或协方差系数来推算信号处理系数。

在根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备的可能实施方案中，提供所述推算单元以用于基于相关或协方差系数来推算线性预测编码(LPC)滤波系数。

在根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备的另一可能实施例中，提供所述推算单元以用于基于相关或协方差系数来推算音调滞后。

根据第三方面，本发明进一步提供一种信号处理装置，其中所述信号处理装置包括用于提供信号处理系数以用于以预定信号处理取样速率处理输入信号的设备，其中所述设备适于以输入信号取样速率接收所述输入信号，且其中所述设备包括：

(a)计算单元，其用于基于以输入信号取样速率所接收的输入信号计算相关或协方差函数，从而提供在输入信号取样速率下的相关或协方差系数，

(b)再取样单元，其用于对具有输入信号取样速率的所计算的相关或协方差系数再取样，从而提供在预定信号处理取样速率下的相关或协方差系数；以及

(c)推算单元，其用于基于在预定信号处理取样速率下的相关或协方差系数来推算信号处理系数；

其中所述信号处理装置进一步包括：

语音处理单元，其用于对所述输入信号执行语音处理功能。

在根据本发明的第三方面的信号处理装置的可能实施方案中，语音处理单元响应于所推算的线性预测编码(LPC)滤波系数而对所述输入信号执行语音处理功能。

在根据本发明的第三方面的信号处理装置的又一可能实施方案中，语音处理单元响应于所推算的音调滞后而对所述输入信号执行语音处理功能。

在根据本发明的第三方面的信号处理装置的可能实施方案中，语音处理单元在示范性实施例中是由执行输入信号的语音编码器形成。

在根据本发明的第三方面的信号处理装置的可能实施方案中，信号处理装置接收由连接到所述信号处理装置的音频信号源提供的数字音频信号作为输入信号。

附图说明

参看附图详细描述用于提供信号处理系数的方法和设备的以下可能实施方案。

图1展示用于针对语音处理单元提供信号处理系数的常规布置；

图2展示用于说明根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案的流程图；

图3展示根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备的可能实施方案的框图；

图4展示包括根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备的示范性实施方案和布置；

图5展示包括根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备的布置的另一可能实施方案的框图；

图6展示用于说明如根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备所采用的零相位再取样滤波器的功能性的图；

图7展示用于说明包括根据本发明的第三方面的信号处理装置的布置的框图。

图8展示如根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备所采用的示范性窗振幅曲线的图；

图9展示用于说明具有如根据本发明的第二方面的设备的示范性实施方案所采用的零相位滤波器的图；

图10展示用于说明如根据本发明的第二方面的设备的示范性实施例所采用的零相位滤波器的另一图。

具体实施方式

如从图2中的流程图可见，根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数以用于处理输入信号的方法在示范性实施方案中可包括三个步骤：步骤1、步骤2、步骤3。所述方法提供信号处理系数以用于以预定信号处理取样速率f2处理输入信号，其中以输入信号取样速率f1接收所述输入信号S1。

在第一步骤1中，基于或使用以输入信号取样速率f1所接收的输入信号S1计算相关或协方差函数，从而提供在输入信号取样速率f1下的相关或协方差系数r1。

在另一步骤2中，对具有输入取样速率f1的所计算的相关或协方差系数r1再取样，从而提供在预定信号处理取样速率f2下的相关或协方差系数r2。

在另一步骤3中，基于或使用在预定信号处理取样速率f2下的相关或协方差系数r2来推算信号处理系数c2。

步骤1中为其计算相关或协方差函数的所接收输入信号S1可包括实际信号部分和先行信号部分。在步骤3中，对信号处理系数c2的推算包括针对实际信号部分推算信号处理系数。所计算的相关或协方差系数r1和经再取样的相关或协方差系数r2包括实际信号部分和先行信号部分。

在可能的实施方案中，在步骤3中推算的信号处理系数c2可包括线性预测编码(LPC)滤波系数。此外，在可能的实施方案中，在步骤3中推算的信号处理系数c2可包括输入信号S1的音调滞后。

在可能的实施方案中可通过再取样滤波器以再取样因子执行步骤2中的再取样。此再取样因子可由信号处理取样速率f2与输入信号S1的输入信号取样速率f1之间的比率形成。在可能的实施方案中，再取样滤波器在步骤2中执行的再取样可为对所接收输入信号S1的下取样。在替代实施例中，在步骤2中由再取样滤波器执行的再取样为对所接收输入信号S1的上取样。在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，所采用的再取样因子为固定再取样因子。在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的替代实施方案中，在步骤2中由再取样滤波器提供的再取样因子为可配置的再取样因子。在可能的实施方案中，此可配置的再取样因子可选自下取样因子的群组。在可能的示范性实施例中，此下取样因子群组可包括以下值：

4/15，2/5，4/5，1/6，1/4，1/2。

依据特定应用，其它比率也是可能的。在可能的实施方案中可通过零相位再取样滤波器作为在步骤2中用于对所计算的相关或协方差系数再取样的再取样滤波器。

在根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的另一可能实施方案中，预加重滤波步骤2中通过再取样滤波器进行再取样之前，由预加重滤波器在对步骤1中计推算出的相关或协方差系数r1进行滤波。通过在再取样之前采用预加重滤波器，可改进语音质量。通过采用预加重滤波器，例如有可能强调信号内的较高频率。在用于提供信号处理系数的方法的可能示范性实施方案中，借助滤波系数推算单元来计算在步骤3中推算出的所推算的信号处理系数c2。此滤波系数推算单元可执行滤波系数推算算法。在可能的实施方案中，此滤波系数推算算法包括Levinson-Durbin算法。在另一可能的实施方案中，所采用的滤波系数推算算法为Burg算法。

在如图2所示的根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法的可能实施方案中，在步骤3中推算出的LPC滤波系数与用于执行所接收输入信号S1的语音处理功能的语音处理单元使用的线性预测编码滤波器(LPC滤波器)相适应。

在可能的实施方案中，此语音处理单元可由码激励线性预测(CELP)编码器形成。在可能的替代实施方案中，语音处理单元可由变换编码激励(TCX)编码器形成。根据本发明的第一方面的用于提供信号处理系数的方法所处理的所接收输入信号可为包括信号帧的数字音频信号，每一信号帧由预定数目的样本组成。

通过根据本发明的用于提供信号处理系数以用于处理输入信号S1的方法，在执行步骤2中的再取样之前直接基于所接收输入信号S1计算相关或协方差函数。

图3展示包括根据本发明的第二方面的用于以预定信号处理取样速率提供信号处理系数的设备2的信号处理装置1的框图。如图3中可见，用于以预定信号处理取样速率提供信号处理系数的设备2包括计算单元2A、再取样单元2B和推算单元2C。计算单元2A接收施加到信号处理装置1的输入端子3的输入信号S1。所接收输入信号S1可为包括信号帧的数字音频信号，其中每一信号帧F由预定数目的样本组成。所接收输入信号S1包括输入信号取样速率f1。提供如图3的实施方案中所示的用于提供信号处理系数的设备2的计算单元2A以用于基于以输入信号取样速率f1所接收的输入信号S1来计算相关或协方差函数以提供相关或协方差系数r1。计算单元2A的输出连接到如图3所示的再取样单元2B的输入。提供再取样单元2B以用于对具有输入信号取样速率f1的所计算的相关或协方差系数r1再取样，从而提供在适于对经再取样输入信号S2(例如，所接收输入信号S1的经再取样版本S2)进行信号处理的预定信号处理取样速率f2下的信号处理系数r2。

在所示的实施方案中，用于提供信号处理系数c2的设备2进一步包括推算单元2C，以用于基于在预定信号处理取样速率f2下的相关或协方差系数r2来推算信号处理系数c2。如图3所示，将所推算的信号处理系数c2施加到信号处理装置1的语音处理单元4。语音处理单元4进一步从信号处理装置1的再取样滤波器5接收经再取样输入信号S2。如从图3中所示的框图可见，所接收输入信号S1在节点N处经拆分且在未经再取样的情况下直接施加到用于提供信号处理系数c2的设备2。所接收输入信号S1还与再取样滤波器5执行对所接收输入信号S1的再取样并行地施加，以获得输入信号S2的经再取样版本，其中经再取样输入信号S2被施加到语音处理单元4的输入。语音处理单元4对由如图3中所示的再取样滤波器5提供的所接收的经再取样输入信号S2执行语音处理功能。语音处理单元4的输出信号S3施加到信号处理装置1的输出端子6。

在根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备2的可能实施方案中，提供推算单元2C，以用于推算施加到语音处理单元4的线性预测编码滤波系数。语音处理单元4响应于从设备2接收的所推算的线性预测编码(LPC)滤波系数C2对由再取样滤波器5提供的经再取样输入信号S2执行语音处理功能。再取样滤波器5适于使用或应用例如与再取样单元2B相同的再取样因子。

在替代实施方案中，提供设备2的推算单元2C以用于基于相关或协方差系数c2来推算音调滞后。在此可能的实施方案中，语音处理单元4响应所推算的音调滞后执行经再取样输入信号S1的语音处理功能。语音处理单元4可提供不同的语音处理功能。在可能的示范性实施方案中，语音处理单元4执行对经再取样输入信号S2的语音编码。此外，在替代实施方案中，语音或音频处理功能也可由语音处理单元4依据应用来执行。

图4展示包括根据本发明的第三方面的信号处理装置1的布置，所述信号处理装置1包括根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备2。如图4中可见，输入信号S1可包括帧F的序列，每一帧F由一个或若干子帧SF组成。在所示的示范性实施方案中，每一帧F包括四个子帧SF0、SF1、SF2、SF3。每一子帧SF可具有例如5ms的长度，其中每一子帧SF包括例如80个数字样本。此输入信号S1被施加到信号处理装置1的输入端子3且在节点N处被拆分到根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数c2的设备2，且被拆分到在示范性实施方案中以下取样因子4/5执行下取样的再取样滤波器5。输入信号S1的输入信号取样速率f1在所示的示范性实施方案中为16kHz。在所示的示范性实施方案中，经再取样信号S2的取样速率f2＝12.8kHz。在所示的示范性实施方案中，由再取样滤波器5提供的经再取样信号S2被施加到语音处理单元4，所述语音处理单元4在所示的实施方案中从设备2接收LPC滤波系数C₂。根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备2可包括如图4中所示的三个段，即计算单元2A、再取样单元2B和相关单元2C。计算单元2A基于以输入信号取样速率f1＝16kHz所接收的输入信号S1计算相关或协方差函数以提供相关或协方差系数r1。在所示的示范性实施方案中作为具有下取样比率4/5的下取样滤波器的再取样单元2B作用于这些相关或协方差系数r1上。再取样单元2B提供在预定信号处理取样速率f2下的相关或协方差系数r2。推算单元2C推算信号处理系数c2，其在所示的示范性实施方案中由例如LPC滤波系数形成。由推算单元2C基于在预定信号处理取样速率f2下的经再取样的相关或协方差系数r2来推算这些信号处理系数c2。在可能的实施方案中，将所推算的LPC滤波系数c2施加到语音处理单元4内提供的LPC滤波器。语音处理单元4可例如由语音编码器形成，所述语音编码器执行对由再取样滤波器5施加到语音处理单元4的经再取样的输入信号S2的语音编码。

如图4中说明，由再取样滤波器5引起的再取样延迟(阴影区域表示与图1相比再取样延迟移位到LPC先行部分中)被吸收到先行中，因为设备2的LPC估计是对16kHz自相关信号进行的。通常低于先行延迟的再取样延迟与先行并行地引入且并不是添加进去。

图5展示具有根据本发明的第二方面的用于提供信号处理系数的设备2的信号处理装置1的另一可能实施方案。所示的实施方案类似于图4中的实施方案，然而，在所示的示范性实施方案中，设备2还包括预加重滤波器2D，其布置在计算单元2A与再取样单元2B之间。此外，在经再取样信号S2被施加到语音处理单元4之前，再取样滤波器5的输出信号还被施加到对应的预加重滤波器7。可提供预加重滤波器7以用于改进信号的语音质量。因此，在如图5中所示的实施方案中，所推算的计算机相关或协方差系数r1在由再取样单元2B进行再取样之前由预加重滤波器2D滤波。对于如图5中所示的预加重滤波器7，提供对应的预加重滤波器级2D以用于对由计算单元2A计算的相关或协方差系数r1进行滤波。预滤波器级2D和再取样单元2B在可能的实施方案中可集成为单一滤波器。在此特定实施例中，预加重滤波器2D和再取样单元2B包括一个单一滤波器。通过图5中所示的布置，保留了自相关的相位。因此，可通过零相位再取样滤波器形成再取样单元2B。此零相位滤波器在可能的实施方案中可为双通滤波器。在替代实施方案中，零相位再取样滤波器2B为线性相位再取样滤波器，其再次使延迟居中，即最大自相关为零。此外，有可能零相位再取样滤波器使由正弦内插滤波器形成。

如图4和图5中可见，提供到设备2的输入信号S1包括例如实际信号部分(例如，实际帧F)和先行部分。再取样滤波器5适于对输入信号S1的实际信号部分和输入信号S1的再取样部分(阴影区域)再取样。

图6说明由零相位再取样滤波器形成的再取样单元2B，其中执行对所计算的相关或协方差系数r1的下取样。下取样通过使用自相关的对称性而重建负部分。因此，通过使用如图6中说明的对称性而获得自相关的负值。

可通过以下各者执行零相位滤波：

-双通滤波器：考虑x_n为相关性，对于所有低通滤波器(甚至不是零相位滤波)首先对x_n进行正向滤波以获得y_n。接着(时间保留次序)对y_n进行反向滤波以获得输出z_n。

y_n＝h*x(t)

z_n＝h*y_-n。

最后，通过z_-n获得经滤波的相关性。

-或通过线性相位再取样滤波器，该线性相位再取样滤波器具有使延迟重居中(即，最大自相关需要始终处于零)，

-或通过正弦内插或样条内插或其它种类的内插。

对于正弦内插，函数sinc(x)由sinc(x)＝sin(x)/x界定，其中x≠0，且sinc(0)＝1。正弦内插公式经界定为：

$x\left(t\right)=\underset{n}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}=\∞x_n\sin c\left(\frac{n}{T}(t-\mathrm{nT})\right),$

n＝-∞

其中T是用于依据原始信号确定x_n的取样周期，且x(t)是经重建信号。

或者，可在数值分析领域中执行样条内插，样条内插是其中内插式是特殊类型的分段多项式(称为样条)的一种形式的内插。

给定n+1个不同结点x_i，使得：

x₀＜x₁＜...＜x_n-1＜x_n

通过n+1个结点值y_i，可推算度数n的样条函数：

$S\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{S}_0\left(x\right)& \mathrm{x\ϵ}[x_0,x_1]\\ S_1\left(x\right)& \mathrm{x\ϵ}[x_1,x_2]\\ .& \\ .& \\ .& \\ S_{n-1}\left(x\right)& \mathrm{x\ϵ}[x_{n-1},x_n]\end{array}\right\}$

其中每一S_i(x)为度数k的多项式。

线性样条内插是最简单形式的样条内插且等效于线性内插。数据点在图形上由直线连接：

$S_i\left(x\right)=y_i+\frac{y_{i+1}-y_i}{x_{i+1}-x_i}(x-x_i).$

举例来说，具有如图9中所示的特性的滤波器H₁为127阶零相位滤波器。如图9中所示，其为对称的且最大点在中间。

再取样滤波器可与预加重滤波器组合。

H_comb＝H*H_pre

其中H_comb是经组合滤波器的特性，H是再取样滤波器的特性，H_pre是预加重滤波器的特性，且算子“*”是卷积算子。

存在可使用的许多可能种类的预加重滤波器。

预加重滤波器的示范性特性为：

H_pre1＝[-0.68，0，0，0，0，1.4624，0，0，0，0，-0.68]。

预加重滤波器的特性的另一实例为：

H_pre2＝[-0.68，1.4624，-0.68]。

H_comb1＝H1*H_pre1

Hcomb1为例如137阶滤波器，其也为具有如图10所示的特性的零相位滤波器。

用于提供信号处理系数的方法和设备可减少再取样滤波器5引起的再取样滤波器延迟，所述再取样滤波器延迟通常在自相关/相关/协方差计算中依序产生。用于提供信号处理系数的方法和设备可应用于不同取样频率，例如具有16kHz取样频率的宽带WB(50-7,000Hz)，或具有32kHz取样频率的超宽带SWB(50-14,000Hz)，或具有48kHz取样频率的满带FB。用于提供信号处理系数的方法还可应用于涉及计算自相关或协方差函数的其它信号处理。在可能的实施方案中，涉及计算相关/协方差的处理可在经下取样域中执行。举例来说，可对原始信号执行而不对经下取样信号执行开环音调搜索(其也是CELP编解码器中的步骤)。

图7展示说明根据本发明的第三方面的信号处理装置1的使用的框图。在此示范性实施例中，信号处理装置1从模/数转换器7接收输入音频信号S1，所述模/数转换器7将模拟音频信号转换为数字信号且例如以输入信号取样速率f1对模拟信号取样。模/数转换器7连接到音频信号源8，例如麦克风。

图8展示示范性窗振幅曲线，其可由用于提供信号处理系数的设备2的计算单元2A内的加窗单元使用。所示的窗化曲线可在应用自相关之前应用到所接收输入信号S1。针对相应的帧F的当前样本以及针对过去样本和形成如图8中所示的先行的将来样本提供窗化曲线。换句话说，在某些实施例中，图8中所示的窗函数或类似的窗函数应用于输入信号的先前信号部分、当前或实际信号部分和先行部分，其中当前或实际帧F形成当前或实际信号部分。

对信号处理装置1的处理可由硬连线单元或通过使用对应的信号处理程序来执行。用于提供信号处理系数以用于处理输入信号S1的方法可由信号处理程序实施，所述信号处理程序也包括用于处理信号的对应指令。用于提供信号处理系数的此程序可存储在程序存储器或数据载体中。可借助信号处理装置1的配置接口来配置例如再取样单元2B所采用的可配置的再取样因子等配置参数。

Claims (15)

1.一种用于提供信号处理系数以用于以预定信号处理取样速率(f2)处理输入信号(S1)的方法，其中以输入信号取样速率(f1)接收所述输入信号(S1)，所述方法包括以下步骤：

a)基于以所述输入信号取样速率(f1)所接收的所述输入信号(S1)计算相关或协方差函数，从而提供在所述输入信号取样速率(f1)下的相关或协方差系数(r1)；

b)对具有所述输入信号取样速率(f1)的所述所计算的相关或协方差系数(r1)再取样，从而提供在所述预定信号处理取样速率(f2)下的相关或协方差系数(r2)；以及

c)基于在所述预定信号处理取样速率(f2)下的所述相关或协方差系数(r2)来推算所述信号处理系数(c2)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中所述所接收输入信号(S1)包括实际信号部分和先行信号部分，其中所述推算所述信号处理系数(c2)的步骤包括针对所述实际信号部分推算所述信号处理系数，且其中所述所计算的相关或协方差系数(r1)和所述经再取样的相关或协方差系数(r2)包括所述实际信号部分和所述先行信号部分。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中所述信号处理系数(c2)包括线性预测编码(LPC)滤波系数，或者

其中所述信号处理系数(c2)包括所述输入信号的音调滞后。

4.根据前述权利要求1或2所述的方法，

其中由再取样单元(2B)以由所述预定信号处理取样速率(f2)与所述输入信号取样速率(f1)之间的比率形成的再取样因子执行所述再取样，其中所述再取样单元(2B)以所述再取样因子执行对所述所接收输入信号(S1)的下取样或上取样，且其中所述再取样因子是固定的或可配置的再取样因子。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中所述可配置的再取样因子选自包括以下各者的下取样因子的群组

4/15,2/5,4/5,1/6,1/4,1/2。

6.根据前述权利要求4所述的方法，

其中通过零相位再取样滤波器形成所述再取样单元(2B)。

7.根据前述权利要求4所述的方法，

其中所述所计算的相关或协方差系数(r1)在由所述再取样单元(2B)进行再取样之前由预加重滤波器(2D)滤波。

8.根据权利要求3所述的方法，

其中借助滤波系数推算单元(2C)推算所述LPC滤波系数，所述滤波系数推算单元(2C)执行包括Levinson-Durbin算法或Burg算法的滤波系数推算算法，且其中提供所述所推算的LPC滤波系数以适应线性预测滤波器(LPC滤波器)，所述线性预测滤波器由用于对由再取样滤波器(5)提供的经再取样输入信号(S2)执行语音处理功能的语音处理单元(4)使用。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中由码激励线性预测(CELP)编码器或变换编码激励(TCX)编码器形成所述语音处理单元(4)。

10.根据前述权利要求1或2所述的方法，

其中所述所接收输入信号(S1)为包括信号帧的数字音频信号，每一信号帧由预定数目(N)的样本组成。

11.一种用于提供信号处理系数(c2)以用于以预定信号处理取样速率(f2)处理输入信号(S1)的设备(2)，所述设备包括：

a)计算单元(2A)，其用于基于以输入信号取样速率(f1)所接收的所述输入信号(S1)计算相关或协方差函数，从而提供在所述输入信号取样速率下的相关或协方差系数(r1)；

b)再取样单元(2B)，其用于对具有所述输入信号取样速率(f1)的所述所计算的相关或协方差系数(r1)再取样，从而提供在所述预定信号处理取样速率(f2)下的相关或协方差系数(r2)；以及

c)推算单元(2C)，其用于基于在所述预定信号处理取样速率(f2)下的所述相关或协方差系数(r2)来推算所述信号处理系数(c2)。

12.根据权利要求11所述的设备，

其中所述推算单元(2C)经提供以用于基于所述经再取样的相关或协方差系数(r2)来推算线性预测编码(LPC)滤波系数和/或音调滞后。

13.一种信号处理装置(1)，其包括：

根据权利要求11或12所述的设备(2)；以及

语音处理单元(4)，其用于对由再取样滤波器(5)提供的经再取样输入信号(S2)执行语音处理功能。

14.根据权利要求13所述的信号处理装置，

其中所述语音处理单元(4)响应于所述所推算的线性预测编码(LPC)滤波系数和/或所述所推算的音调滞后而对所述经再取样输入信号(S2)执行语音处理功能，且

其中所述语音处理单元(4)为执行对所述经再取样输入信号(S2)的语音编码以提供经编码信号(S3)的语音编码器。

15.根据权利要求13所述的信号处理装置，

其中所述信号处理装置(1)接收由连接到所述信号处理装置的音频信号源(9)提供的数字音频信号作为所述输入信号(S1)。