CN1273663A - 具有改进的语音编码器的传输系统 - Google Patents

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Abstract

在语音传输系统中,输入语音信号被施加给语音编码器(12,36)用来将输入语音信号编码。编码后的语音信号通过通讯信道(10)被传送到语音解码器(30,48)。为了在背景噪声存在的情况下提高传输系统的性能,建议在语音编码器(12,36)和/或语音解码器(30,48)中引入背景噪声相关处理元件。在本发明的第一实施方案中,语音编码器(12,36)中的感知加权滤波器(124)的参数通过从语音信号中计算出线性预测系数(a)而获得,其中的语音信号通过高通滤波器(82)被处理。在本发明的第二实施方案中,当噪声电平超过阈值时,语音解码器(30,48)中的自适应后滤波器被旁路。

Description

具有改进的语音编码器的传输系统
本发明涉及传输系统，该传输系统包括用来从输入语音信号得到编码语音信号的语音编码器，发送设备包括用来将编码语音信号发送到接收设备的发送装置，接收设备包括用来将编码语音信号解码的语音解码器。
这种传输系统被用于某些应用，在这些应用中，语音信号要通过传输容量有限的传输媒体来发送，或者必须被存储在存储容量有限的存储媒体中。这种应用的例子有，通过互连网来传输语音信号，从移动电话到基站之间传输语音信号或者反之，以及在CD-ROM，固态存储器或硬盘驱动器中存储语音信号。
在语音编码器中，语音信号通过分析装置分析，其中分析装置为也称为帧的语音样本块确定大量的分析系数。一组分析系数描述了语音信号的短时谱。分析系数的另一个例子是表示语音信号音调的系数。这些分析系数通过传输媒体被发送到接收器，在接收器中这些分析系数被用做合成滤波器的系数。
除了分析参数之外，语音编码器还在每个语音样本帧上确定一些激励序列(例如4)。这种激励序列所占用的时间段被称为子帧。当使用上面提到的分析系数的合成滤波器被所述激励序列激励时，语音编码器被安排用来找出导致最佳语音质量的激励信号。
所述激励序列通过传输信道被发送到接收器。在接收器中，激励序列被从所接收信号中恢复出来并被施加给合成滤波器的输入端。在合成滤波器的输出端可以得到合成的语音信号。
实验表明，当语音编码器的输入信号主要包括背景噪声时，传输系统的语音质量基本上已经恶化。
本发明的目标是根据序言给出一种传输系统，在该传输系统中，当语音编码器的输入信号主要包括噪声时，语音质量会被改善。
为了实现所述目标，根据本发明的传输系统的特征在于语音编码器和/或语音解码器包括背景噪声确定装置，用于确定语音信号的背景噪声特性，其特征还在于语音编码器和/或语音解码器包括至少一个背景噪声相关元件，其特征还在于语音编码器和/或语音解码器包括依据背景噪声特性，用于改变至少一个背景噪声相关元件特性的自适应装置。
实验表明如果背景噪声相关处理在语音编码器和/或语音解码器中通过使用背景噪声相关元件而被执行，那麽就有可能提高语音的质量。背景噪声特性可以是，例如，背景噪声的电平，但是可以接受的是，背景噪声信号的其它特性也可以被使用。背景噪声相关元件可以是，例如用于产生激励信号的码书，或者用在语音编码器或解码器中的滤波器。
本发明的第一实施方案的特征在于语音编码器包括感知加权滤波器，该滤波器用于获取表示输入语音信号和合成语音信号之间的感知加权后误差的感知加权误差信号，其特征还在于背景噪声相关元件包括感知加权滤波器。
在语音编码器中，基于编码语音信号，使用感知加权滤波器来获取被进行感知加权的误差信号是很普通的，其中的感知加权误差信号表示输入语音信号和合成语音信号之间的感知加权误差。实验表明，使感知加权滤波器的特性依赖于背景噪声的特性，会导致重构语音的质量得到改进。
本发明另一个实施方案的特征在于语音编码器包括用来从输入语音信号获取分析参数的分析装置，感知加权滤波器的特性从分析参数中获得，该实施方案的特征还在于自适应装置被安排来为感知加权滤波器提供改变后的分析参数，该参数表示被进行高通滤波操作的语音信号。
实验表明，当一些要结合感知加权滤波器使用的分析参数表示高通滤波后的输入信号时，可以得到最佳结果。这些分析参数可以通过对高通滤波后的输入信号进行分析来获得，但是还有可能的是，可以通过对分析参数进行变换来获得改变后的分析参数。
本发明的又一个实施方案的特征在于语音解码器包括用于从编码语音信号获取合成语音信号的合成滤波器，其中语音解码器包括后处理装置用于处理来自合成滤波器的输出信号，该方案的特征还在于背景噪声相关元件包括后处理装置。
在语音编码系统中，包括例如后滤波器的后处理装置常常被用来增强语音质量。这种包括后滤波器的后处理装置增强了涉及谱中波谷的共振峰。在低背景噪声条件下，这种后处理装置的使用导致改善的语音质量。然而，实验表明，如果大量的背景噪声出现的话，后处理装置使语音质量变坏。通过使得后处理装置的一个或多个特性依赖于背景噪声的特性，语音质量可以被改善。这种特性的一个例子是后处理装置的传递函数。
本发明将参考附图被解释。
图1给出根据本发明的传输系统的方框图。
图2给出根据本发明用于传输系统的帧格式。
图3给出根据本发明的语音编码器的方框图。
图4给出根据本发明的语音解码器的方框图。
根据图1的传输系统包括三个重要元件，TRAU(转换编码器和速率调整单元)2，BTS(收发信机基站)4和移动站6。TRAU2通过A双重接口8连接到BTS4。BTS4通过空气接口10连接到移动单元6。
这里主要的信号是将要被发送到移动单元6的语音信号，该信号被施加给语音编码器12。载有编码语音信号的也被称为源标记的语音编码器12的第一输出，通过A双重接口8被连接到信道编码器14。载有背景噪声电平标志BD的语音编码器12的第二输出被连接到系统控制器16的输入端。载有译码特性的系统控制器16的第一输出，这里为下行速率分配信号RD，被连接到语音编码器12、并通过A双重接口连接信道编码器14中的译码特性设置装置15和这里为块编码器18的另一个信道编码器。载有上行速率分配信号RU的系统控制器16的第二输出被连接到信道编码器14的第二输入端。两比特的速率分配信号RU通过两个连续的帧一比特一比特的被传输。速率分配信号RD和RU构成要求下行和上行传输系统分别根据由RD和RU表示的译码特性工作的请求。
可以看到发送到移动站6的RD的值可以由译码特性排序装置13支配，装置13可以将例如由速率分配信号RU表示的预定的译码特性序列强迫传递给块编码器18，信道编码器14和语音编码器13。该预定序列可以被用于向移动站6传递附加信息，而不需要在传输帧中额外的空间。有可能的是会使用多于一个的预定译码特性序列。每个预定译码特性序列对应于一个不同的辅助信号值。
系统控制器16从A双重接口接收表明用于上行和下行的空中接口10(无线电信道)的质量的质量测量值QU以及QD。质量测量值QU被与多个阈值比较，比较的结果被系统控制器16用来在上行语音编码器36和信道编码器38之间划分可得的信道容量。信号QD被低通滤波器22滤波并且与多个阈值相比。比较的结果被用来在语音编码器12和信道编码器14之间划分可得的信道容量。对于上行和下行，对于语音编码器12和信道编码器14之间的信道容量划分可能有四种不同的组合。这些可能性在下面的表中给出。
表1
   RX RSPEECH(kbit/s)   RCHANNEL  RTOTAL(kbit/s)
    0     5.5     1/4     22.8
    1     8.1     3/8     22.8
    2     9.3     3/7     22.8
    3     11.1     1/2     22.8
    0     5.5     1/2     11.4
    1     7.0     5/8     11.4
    2     8.1     3/4     11.4
    3     9.3     6/7     11.4
从表1可以看到，分配给语音编码器12的比特率和信道编码器的速率随着信道质量的提高而增加。这一点是可能的，因为在较好的信道条件下，信道编码器可以用较低的比特率提供所需的传输质量(帧误差率)。通过信道编码器的更大速率所节省的比特率被分配给语音编码器12以便获得更好的语音质量。可以观察到的是这里的译码特性是信道编码器14的速率。译码特性设置装置15被安排来根据系统控制器16提供的译码特性来设置信道编码器14的速率。
在较差的信道条件下，信道编码器需要具有较低的速率以便能够提供所需的传输质量。信道编码器将会是一个可变速率的卷积编码器，它将语音编码器12的输出比特编码，该编码中被加入了8比特的CRC。可变速率可以通过使用具有不同基本速率的不同卷积码来获的CRC。可变速率可以通过使用具有不同基本速率的不同卷积码来获得，或者通过使用具有固定基本速率的卷积码的收缩(puncturing)来获得。最好是使用两种方法的组合。
在表2中给出了表1中所表示的卷积码的特性。所有这些卷积码都有一个值v等于5。
表2
 pol/速率 1/2 1/4 3/4 3/7 3/8 5/8 6/7
 G1＝43  000002
 G2＝45  003  00020
 G3＝47  001  301  01000
 G4＝51  4  00002  101000
 G5＝53  202
 G6＝55  3
 G7＝57  2  020  230
 G8＝61  002
 G9＝65  1  110 022  02000  000001
 G10＝66
 G11＝67  2  000010
 G12＝71  001
 G13＝73  010
 G14＝75  110 100  10000  000100
 G15＝77  1  00111  010000
在表2中，Gi表示发生器多项式。发生器多项式G(n)根据下式定义：
Gi(D)＝g0g1·D...gn-1·Dn-1gn·Dn            (A)
在(1)中是一种模2加法。I是序列g0，g1，...gv-1，gv的八进制表示。
对于每一个不同的码，其中所使用的发生器多项式都由对应单元中的一个号码来表明。对应单元中的号码表明对于哪一个源标记相应发生器多项式被考虑。此外，所述号码表明通过在源标记序列中使用所述多项式而获得的译码标记的位置。每个数字表明信道标记在序列中的位置、通过使用所表明的发生器多项式而得到的信道标记在序列中的位置。对于速率为1/2的码，发生器多项式57和65被使用。对于每个源标记，首先根据发生器多项式65产生的信道标记被发送。其次，根据发生器多项式57产生的信道标记被发送。以同样的方法，用于为速率1/4的码确定信道标记的多项式可以根据表3确定。其它的码是被收缩的卷积码。如果表中的一个数字等于0，它意味着相应的发生器多项式没有为所述特殊源标记所使用。从表2可以看出，对于每一个源标记有一些发生器多项式没有使用。可以观察到对于长于1，3，5或6的输入标记序列，表中的号码序列周期性地持续下去。
可以观察到的是，对于全速率信道和半速率信道，表1分别给出语音编码器12的比特率和信道编码器14的速率。使用哪一个信道的决定由系统操作者作出，并通过带外控制信号向TRAU2，BTS4和移动站6发出信号，其中的带外信号可以在独立的控制信道16中发送。信道编码器14还被施加了信号Ru。
块编码器18被用来将所选择的到移动站6的传输速率RD编码。出于两个原因，该速率RD在一个独立编码器中编码。第一个原因是在根据所述速率编码的数据到达信道解码器28之前，最好通知移动站中的信道解码器28新速率RD的存在。第二个原因是，比较理想的是，与信道编码器14可能受到的保护相比，RD的值能够更好地得到保护以抵抗传输误差。为了更好地增强编码RD值的误差校正特性，码字被分成两部分，这两部分分别以独立的帧发送。这种码字的划分使得可以选择更长的码字，导致进一步改善的误差校正能力。
如果全速率信道被使用，块编码器18将译码特性RD编码为根据采用16比特长码字的块编码编码的译码特性，其中RD由两个比特表示。如果半速率信道被使用，采用8比特码字的块编码被用来将译码特性编码。所使用的码字在下面的表3和表4中给出。
表3半速率信道
RD[1] RD[2] C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 1 1 1 1 0 1
1 0 1 1 0 1 0 0 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1 1 0
表4全比特速率信道
RD[1] RD[2] C0  C1  C2  C3  C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15
 0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
 0  1  0  0  1  1  1  1  0  1  0  0  1  1  1  1  0  1
 1  0  1  1  0  1  0  0  1  1  1  1  0  1  0  0  1  1
 1  1  1  1  1  0  1  1  1  0  1  1  1  0  1  1  1  0
从表3和表4可以看出，用于全速率信道的码字是通过重复用于半速率信道的码字而得到的，这导致改善的误差校正特性。在半速率信道中，标记C0到C3在第一帧中传送，比特C4到C7在后续帧中被传送。在全速率信道中，标记C0到C7在第一帧中被传送，比特C8到C15在后续帧中被传输。
信道编码器14的输出和块编码器18的输出以时分多路复用的方式通过空中接口10被发送。然而，还有可能的是使用CDMA方式通过空中接口发送多个信号。在移动站6中，从空中接口10接收的信号被施加给信道解码器28以及这里为块解码器26的另一个信道解码器。块解码器26被安排来通过将码字C0...CN表示的被编码的译码特性解码来获得由RD比特表示的译码特性，其中对于半速率信道N为7，对于全速率信道N为15。
块解码器26被安排来计算四个可能的码字和其输入信号之间的相关性。这一点通过两步完成，因为码字被分成两部分在连续的两个帧中被发送。在对应于第一部分码字的输入信号被接收之后，可能码字的第一部分和输入值之间的相关值被计算出来并存储。当在后续帧中对应于第二部分码字的输入信号被接收到时，可能码字的第二部分与输入信号之间的相关值被计算出来并加入以前存储的相关值中，以便获得最终的相关值。对应于与整个输入信号有最大相关值的码字的RD的值被选择作为表示译码特性的所接收码字，并被传递给块解码器26的输出端。块解码器26的输出被连接到信道解码器28中的特性设置装置的控制输入端以及语音解码器30的控制输入端，用来将信道解码器28的速率和语音解码器30的比特率设置为一个对应于信号RD的值。
信道解码器28将其输入信号解码，并在其第一输出端将编码的语音信号输出到语音解码器30的输入端。
信道解码器28在第二输出端输出表示不正确接收帧的信号BFI(坏帧标志)。该BFI信号是通过在一部分被信道解码器28中的卷积解码器解码的信号上计算校验和，并将计算出的校验和与从空中接口10接收到的校验和相比而得到的。
语音解码器30被安排来从信道解码器20的输出信号获得语音解码器12的语音信号的复本。在BFI信号从信道解码器28接收的情况下，语音解码器30被安排来基于以前接收的对应于以前帧的参数来获得语音信号。如果多个后续帧被标志为坏帧，语音解码器30被安排来抑制其输出信号。
信道解码器28在第三输出端提供解码的信号RU。信号RU表示译码特性，这里为上行链路的比特率设置。对于每一帧，信号RU包括一个比特(RQI比特)。在分离格式装置34中，在后续帧中接收的两个比特以上行链路的比特率设置RU’值的形式被组合，该值由两个比特表示。根据表1选择一个可能值的将被用于上行链路的比特率设置RU’被施加给语音编码器36的控制输入端、信道编码器38的控制输入端以及这里为块编码器40的另一个信道编码器的输入端。如果信道解码器20通过发出BFI信号来表示一个坏帧的出现，那麽被解码的信号RU不被用于设置上行速率，因为它被看做是不可靠的。
信道解码器28在第四个输出端提供了质量测量值MMDd。当信道解码器中使用了维特比解码器时，该测量值MMD可以很容易地获得。该质量测量值在处理单元32中根据一阶滤波器被滤波。对于处理单元32中的滤波器输出信号，可以表示为：
MMD＇[n]＝(1-α)·MMD[n]+α·MMD＇[n-1]               (B)
在信道解码器28的比特率设置已经根据RD的改变后的值而改变之后，对于最新设置的比特率和典型的下行信道质量来说，MMD’[n-1]的值被设置为对应于滤波后的MMD的长时平均值的典型值。这被用来降低当在不同的比特率之间切换时所出现的瞬时现象。
滤波器的输出信号被进行2比特量化以生成质量标志QD。质量标志QD被施加给信道编码器38的第二输入端。两比特质量标志QD每两帧被发送一次，两个比特分别位于两个帧中，各占用一个比特的位置。
施加给移动站6中的语音编码器36的语音信号被编码并被传递给信道编码器38。信道编码器38在其输入比特上计算CRC值，并将CRC值加入其输入比特，并根据由信号RU’从表1中选择的卷积码将输入比特和CRC值的组合编码。
依据所使用的是半速率信道还是全速率信道，块编码器40根据表3或4将由两个比特表示的信号RU’编码。这里一帧中也只发送有一半。
移动站6中信道编码器38的输出信号和块编码器40的输出信号被通过空中接口10发送到BTS4。在BTS4中，块编码的信号RU’被这里为块解码器42的另一个信道解码器解码。块解码器42的操作与块解码器26的操作相同。在块解码器42的输出端，可以得到由信号RU”表示的被解码的译码特性。该被解码的信号RU”被施加给信道解码器44中的译码特性设置装置的控制输入端，并通过A双重接口施加给语音解码器48的控制输入端。
在BTS4中，通过空中接口10接收的来自信道编码器38的信号被施加给信道解码器44。信道解码器44将其输入信号解码，并将解码的信号通过A双重接口8传送到TRAU2。信道解码器44为处理单元46提供一个质量测量值MMDu，表示上行链路的传输质量。处理单元46执行类似于处理单元32和22中执行的滤波操作。此后，滤波操作的结果被以两比特量化并通过A双重接口8发送给TRAU2。
在系统控制器16中，判断单元20根据质量测量值QU确定用于上行链路的比特率设置RU。在正常情况下，分配给语音编码器的信道容量将随着信道质量的提高而增加。速率RU每两帧被传输一次。
从信道解码器44接收的信号QD’被传送到系统控制器16中的处理单元22。在处理单元22中，表示在两个后续帧中接收的QD’的比特被组合，并且信号QD’被一阶低通滤波器滤波，该滤波器的特性与处理单元32中低通滤波器的特性类似。
滤波后的信号QD’被与两个阈值相比，这两个阈值依赖于下行链路速率RD的实际值。如果滤波后的信号QD’小于所述阈值的最小值，那麽对于速率RD来说信号质量太差，处理单元会切换到比当前速率低一步的速率上。如果滤波后的信号QD’超过了所述阈值的最大值，那麽对于速率RD来说信号质量太高，处理单元会切换到比当前速率高一步的速率上。对上行链路速率RU的确定与对下行链路速率RD的确定类似。
另外，在正常情况下，分配给语音编码器的信道容量部分将随着信道质量的提高而增加。在特殊情况下，信号RD也可以被用来向移动站发送重构信号。这种重构信号可以表明，例如应该使用另一种语音编码/解码算法和/或另一种信道编码/解码算法。这种重构信号可以利用特殊的RD信号的预定序列来编码。这种特殊的RD信号的预定序列被移动站中的换码(escapa)序列解码器31识别，当预定(换码)序列被检测到时，该设备被安排来向受影响设备发出重构信号。换码序列解码器30可以包括一个移位寄存器，在该寄存器中RD的后续值被时钟脉冲驱动。通过将移位寄存器的内容与预定序列比较，会很容易地被检测到换码序列被接收的时间以及可能的换码序列中哪一个被接收到了。
表示被编码语音信号的信道解码器44的输出信号被通过A双重接口传送给TRAU2。在TRAU2中，编码语音信号被施加给语音解码器48。表明检测到CRC误差情况的信道解码器44输出处的信号BFI通过A双重接口8被传送给语音解码器48。语音解码器48被安排用来根据信道解码器44的输出信号获得语音编码器36的语音信号的复本。在BFI信号从信道解码器44接收的情况下，语音解码器48被安排来基于以前接收的对应于以前帧的信号获得语音信号，其方法与语音解码器30的方法相同。如果多个后续帧被标记为坏帧，语音解码器可以被安排来执行更先进的误差消除过程。
图2给出根据本发明用于传输系统的帧格式。语音编码器12或36给出一个由C比特组成的组60，其中的C比特应该防止出现传输误差，编码器12或36还给出由U比特组成的组64，这些比特不用防止出现传输误差。另外的序列包括U比特。判断单元20和处理单元32为每一帧提供一个RQI比特62起到如上面解释的用信号通知的作用。
上面的比特组合被施加给信道编码器14或38，它们首先在RQI比特和C比特的组合上计算CRC，然后将8比特的CRC加到C比特60和RQI比特62之后。U比特并不涉及CRC比特的计算。C比特60和RQI比特62以及CRC比特68的组合66被根据卷积码编码为编码序列70。被编码的标记包括编码序列70。U比特保持不变。
组合66中的比特数取决于卷积编码器的速率和所使用信道的类型，如在表5中表示的。
表5
 #比特/速率 1/2 1/4 3/4 3/7 3/8 5/8 6/7
  全速率 217 109 189 165
  半速率 105 159 125 174
根据表3或4中给出的码并依据可得的传输容量(半速率或全速率)，表示译码特性的两个RA比特被编码成码字74，该码字表示被编码的译码特性。这种编码在两帧中仅进行一次。码字74被分成两部分76和78，并在当前帧和后续帧中被发送。
在根据图3的语音编码器12，36中，输入语音信号被进行预处理操作，该操作包括利用截止频率为80Hz的高通滤波器80进行的高通滤波操作。高通滤波器80的输出信号s[n]被分割成20毫秒长的帧。这些语音信号帧被施加给分析装置的输入端，这里的分析装置为线性预测分析器90，该分析器根据语音信号帧计算出一组10个LPC系数。在LPC参数的计算中，通过使用适当的窗函数，帧的最近部分被强调。LPC系数的计算是通过众所周知的Levinson-Durbin递归方法完成的。
载有以直线谱频率(LSF’s)的形式表示的分析结果的线性预测分析器90的输出被连接到分裂矢量量化器92。在分裂矢量量化器92中，LSF’s被分裂成3组，其中两个组包括3个LSF’s，一个组包括4个LSF’s。每个组都是经过矢量量化的，因此LSF’s由码书索引表示。这些码书索引可以以语音编码器12，36的输出信号的形式得到。
分裂矢量量化器92的输出也被连接到内插器94的输入端。内插器94从码书记录中得出LSF’s，并对两个后续帧的LSF’s进行内插以便为持续期为5毫秒的四个子帧中的每一个获得内插的LSF’s。内插器94的输出被连接到转换器96的输入端，该转换器将内插的LSF’s转换成a-参数。这些参数被用于控制滤波器108和122的系数，这些滤波器参数在分析合成过程中使用，这将在下面解释。
除了参数之外，两个略微不同的a-参数组a和 a被确定。参数组a是在它们被进行矢量量化之前通过内插器98插入直线谱频率来确定的。参数a最终通过转换器100将LSP’s转换成a参数而获得。参数a被用于控制被进行感知加权的分析滤波器102和感知加权滤波器124。
通过首先对语音信号s[n]以传递函数为1-μ.z-1的高通滤波器82进行预加重操作可以获得第三组a-参数 a，其中μ值为0.7。然后，通过这里为预测分析器84的另一个分析装置，LSF’s被计算出来。内插器86为子帧计算内插的LSF’s，转换器88将内插的LSF’s转换成a-参数 a。当语音信号中的背景噪声超过一个阈值时，这些参数 a被用于控制感知加权滤波器124。
语音编码器12，36使用了自适应码书110和RPE(规则脉冲激励)码书116共同产生的激励信号。RPE码书116的输出信号由码书索引I和相位P定义，相位P确定RPE码书116产生的等距离脉冲的网格位置。信号I可以是例如表示三个三重激励样本的5比特格雷编码矢量和表示五个三重激励样本的8比特格雷编码矢量的串联。自适应码书110的输出被连接到乘法器112的输入端，该乘法器将自适应码书110的输出信号与增益因子GA相乘。乘法器112的输出被连接到加法器114的第一输入端。
RPE码书116的输出被连接到乘法器117的输入端，该乘法器将RPE码书116的输出信号与增益因子GR相乘。乘法器117的输出被连接到加法器114的第二输入端。加法器114的输出被连接到自适应码书110的输入端用于为所述自适应码书110提供激励信号以便调整其内容。加法器114的输出还被连接到减法器120的第一输入端。
分析滤波器108从信号s[n]中为每个子帧得到一个残留信号r[n]。该分析滤波器使用了转换器96传递的预测系数。减法器120确定加法器114的输出信号和分析滤波器108的输出处的残留信号之间的差值。减法器120的输出信号被施加给合成滤波器122，该滤波器得到一个误差信号，该误差信号表示语音信号s[n]和合成滤波器122通过将激励信号滤波而产生的合成语音信号之间的差值。在当前的编码器中，残留信号r[n]是明确可以得到的，因为它在搜索过程中是必须的，如下面所解释的。
合成滤波器122的输出信号被感知加权滤波器124滤波以获得被感知加权的误差信号e[n]。被感知加权的误差信号e[n]的能量被激励选择装置118最小化，其方式为：为激励参数L，GA，P和GR选择一个最佳值。
信号s[n]还被施加给背景噪声确定装置106，该装置确定背景噪声的电平。这一点通过在几秒钟的常数时间内跟踪最小帧能量来完成。如果假设由背景噪声造成的这一最小帧能量超过了一个阈值，那麽在背景噪声确定装置106的输出端会通知背景噪声的存在。
在语音编码器重置之后，在重置之后的前200毫秒中，背景噪声电平的初始值被设置为最大帧能量。这种重置在呼叫建立时发生。并且假定恰好在重置之后这200毫秒中没有语音信号被施加给语音编码器。
根据本发明的一个方面，感知加权滤波器124的操作是通过自适应装置依据背景噪声电平来进行的，这里的自适应装置包括一个选择器125。当没有背景噪声出现时，感知加权滤波器的传递函数等于： W ( z ) = A ( z / γ 1 ) A ( z / γ 2 ) - - - ( C ) 在(2)中，A(z)等于 A ( z ) = 1 - Σ i = 0 P - 1 a j · z - i - 1 - - - ( D )
在(3)中ai表示可以在转换器100的输出端得到的预测参数a。γ1和γ2小于1的正常数。
当背景噪声电平超过阈值时，感知加权滤波器的传递函数W(z)等于 W ( z ) = A ( z / γ 1 ) A - ( z / γ 2 ) - - - ( E )
在(3)中 A表示根据(3)的多项式，但是现在基于在转换器88的输出端可以得到的预测参数 a。
当几乎没有背景噪声存在时，加权滤波器124具有根据(2)的传递函数，并且重点强调在概念上更重要的语音信号的低频部分，使得它们以更准确的方法被编码。如果背景噪声超过了给定的阈值，最好是取消这种强调。在这种情况下，在损失低频准确性的代价下，高频被更准确地编码。这使得被编码的语音信号听起来更清晰。通过在确定预测系数 a之前用高通滤波器82对语音信号s[n]进行滤波可以实现不会对低频进行强调。
为了确定自适应码书中的最佳记录，音调检测器104根据残留信号可以粗略确定语音信号的音调值，其中的残留信号是由感知加权滤波器102提供的。
粗略的音调值被用做闭环自适应码书搜索的起始值。在RPE码书116不起作用的假设下，激励选择装置118首先为当前帧选择自适应码书110的参数。当找到最佳滞后值L和最佳自适应码书增益GA之后，后者被量化，可以被用于传输。然后，通过将残留信号r[n]和被量化增益因子缩放的自适应码书记录的输出信号之间的差值滤波而计算一个新的误差信号，由于自适应码书搜索造成的误差被从误差信号e[n]中消除。这种滤波由传递函数为 的滤波器来完成。
其次，RPE码书116的参数通过将新误差信号的一个子帧的能量
最小化来确定。这导致RPE码书索引I，RPE码书相位P和RPE码书增益GR的最佳值。在后者被量化之后，I，P和量化值GR可以用来传输。
在所有激励参数已经被确定之后，激励信号x[n]被计算出来并被写入自适应码书110。
在根据图4的语音解码器中，由参数LF，L，GA，I，P和GR表示的编码语音信号被施加给解码器130。此外，信道解码器28或44传递过来的坏帧标记BFI被施加给解码器130。
表示自适应码书参数的信号L和GA被解码器130解码并分别提供给自适应码书138和乘法器142。表示RPE码书参数的信号I，P和GR被解码器130解码并分别提供给RPE码书140和乘法器144。乘法器142的输出被连接到加法器146的第一输入端，乘法器144的输出被连接到加法器146的第二输入端。
载有激励信号的加法器146的输出被连接到音调预滤波器148的输入端。音调预滤波器148还接收自适应码书参数L和GA.。音调预滤波器148在参数L和GA的基础上增强了语音信号的周期性。
音调预滤波器148的输出被连接到传递函数为
Figure A9980083300181
的合成滤波器150。合成滤波器150提供合成的语音信号。合成滤波器150的输出被连接到后处理装置151的第一输入端，并连接到背景噪声检测装置154的输入端。载有控制信号的背景噪声检测装置154的输出被连接到后处理装置151的第二输入端。
在后处理装置151中，第一输入端被连接到后滤波器152的输入端以及选择器155的第一输入端。后滤波器152的输出被连接到选择器155的第二输入端。选择器155的输出被连接到后处理装置151的输出端。后处理装置的第二输入端被连接到选择器155的控制输入端。
根据本发明的一个方面，根据图4的解码器中的背景噪声相关元件包括后处理装置151，背景噪声相关特性是后处理装置151的传递函数。
如果后处理装置的第二输入端处的控制信号表明语音信号中的背景噪声电平小于阈值，那麽后滤波器152的输出通过选择器155被连接到语音解码器的输出端。传统的后滤波器在子帧的基础上操作，并包括通常的长时和短时部分，自适应倾斜补偿，截止频率为100Hz的高通滤波器和用来保持后滤波器的输入信号和输出信号的能量相等的增益控制。
后滤波器152的长时部分在分数延迟的情况下工作，其中的延迟在所接收L值的临近区域被搜索到。这种搜索是在找出伪残留信号的短时自相关函数的最大值的基础上进行的，其中的伪残留信号是通过分析滤波器 对合成滤波器的输出信号进行滤波而获得的，其中分析滤波器的参数是基于预测参数的。
如果背景噪声检测装置154表明背景噪声超过阈值，那麽选择器155将合成滤波器的输出直接连接到语音解码器的输出端，使得后滤波器152被有效切断。这种做法的优点在于在存在背景噪声的情况下，语音解码器听起来更清晰。
当后滤波器被旁路时，它不会被切断，而是保持激活。这样的优点在于当选择器155切换回后滤波器152的输出端且背景噪声电平低于阈值时，不会有瞬时现象发生。
可以观察到，还可能的是，根据背景噪声电平来改变后滤波器152的参数。
背景噪声检测装置154的操作与根据图3用于语音编码器的背景噪声检测装置106的操作相同。如果BFI标志表明有一个坏帧，那麽背景噪声检测装置154保持在对应于正确接收的上一帧的状态。
信号LF被施加给内插器132用于为每个子帧获得内插的直线谱频率。内插器132的输出被连接到转换器134的输入端，转换器134将直线谱频率转换成a参数。转换器134的输出被施加给加权单元136，该单元受坏帧标志BFI的控制。如果没有发生坏帧，加权单元为不激活状态，并将其输入参数不加修改地传递到输出端。如果发生坏帧，加权单元136切换到外插模式。在外插LPC参数的过程中，以前帧的上一组被拷贝并被提供带宽扩展。如果发生连续的坏帧，带宽扩展被递归使用使得相应的谱变平。加权单元136的输出被连接到合成滤波器150的输入端和后滤波器152的输入端，以便给它们提供预测参数。

Claims (13)

1.包括发送设备的传输系统，其中的发送设备包括用来从输入语音信号获得编码语音信号的语音编码器，该发送设备包括用于将编码语音信号发送给接收设备的发送装置，其中的接收设备包括用于将编码语音信号解码的语音解码器，该系统的特征在于，语音编码器和/或语音解码器包括用于确定语音信号的背景噪声特性的背景噪声确定装置，该系统的特征还在于，语音编码器和/或语音解码器包括至少一个背景噪声相关元件，该系统的特征还在于语音编码器和/或语音解码器包括用于根据背景噪声特性来改变背景噪声相关元件的至少一个特性的自适应装置。
2.根据权利要求1的传输系统，特征在于语音编码器包括，用于获得被进行感知加权的误差信号的感知加权滤波器，其中的感知加权误差信号表示输入语音信号和合成语音信号之间的被进行感知加权的误差，该系统的特征还在于背景噪声相关元件包括感知加权滤波器。
3.根据权利要求2的传输系统，特征在于语音编码器包括，用于从输入语音信号获得分析参数的分析装置，感知加权滤波器的特性从分析参数中获得，该系统的特征还在于自适应装置被安排来为感知加权滤波器提供表示正被进行高通滤波操作的语音信号的改变后的分析参数。
4.根据权利要求3的传输系统，特征在于语音编码器包括，用于获得高通滤波后的语音信号的高通滤波器，该系统的特征还在于语音编码器还包括用于从高通滤波后的语音信号中获得改变后的分析参数的另一个分析装置。
5.根据权利要求1，2，3，4中任一个的传输系统，特征在于语音解码器包括用于从编码语音信号中获得合成语音信号的合成滤波器，该语音解码器包括用于处理合成滤波器的输出信号的后处理装置，该传输系统的特征还在于背景噪声相关元件包括后处理装置。
6.根据权利要求5的传输系统，特征在于自适应装置被安排来当背景噪声电平超过阈值时使后滤波器不被激活。
7.具有用于从输入语音信号获得编码语音信号的语音编码器的发送设备，该发送设备包括用于发送编码语音信号的发送装置，该设备的特征在于语音编码器包括背景噪声确定装置用于确定语音信号的背景噪声特性，该设备的特征还在于语音编码器包括至少一个背景噪声相关元件，该设备的特征还在于语音编码器包括自适应装置用于根据背景噪声特性来改变背景噪声相关元件的至少一个特性。
8.用于从输入语音信号中获得编码语音信号的语音编码器，发送设备包括用于发送编码语音信号的发送装置，该编码器的特征在于，语音编码器包括背景噪声确定装置用于确定语音信号的背景噪声特性，该编码器的特征还在于语音编码器包括至少一个背景噪声相关元件，该编码器的特征还在于语音编码器包括自适应装置，用于根据背景噪声特性来改变背景噪声相关元件的至少一个特性。
9.包括用于将编码语音信号解码的语音解码器的接收器，其特征在于语音解码器包括背景噪声确定装置用于确定语音信号的背景噪声特性，该接收机的特征还在于语音解码器包括至少一个背景噪声相关元件，该接收机的特征还在于语音解码器包括自适应装置用于根据背景噪声特性来改变背景噪声相关元件的至少一个特性。
10.用于将编码语音信号解码的语音解码器，其特征在于语音解码器包括背景噪声确定装置用于确定语音信号的背景噪声特性，该解码器的特征还在于语音解码器包括至少一个背景噪声相关元件，特征还在于语音解码器包括自适应装置用于根据背景噪声特性来改变背景噪声相关元件的至少一个特性。
11.一种传输方法，包括从输入语音信号获得编码语音信号，将编码语音信号发送到目的地，接收编码语音信号并将编码语音信号解码，该方法的特征在于，该方法包括确定语音信号的背景噪声特性，该方法的特征还在于，该方法包括根据背景噪声特性来改变对语音信号的编码和/或解码。
12.一种编码方法，包括从输入语音信号获得编码语音信号，该方法的特征在于编码方法包括确定语音信号的背景噪声特性，该方法的特征还在于包括根据背景噪声特性来改变语音信号的编码。
13.一种解码方法，包括从编码语音信号获得解码语音信号，该方法的特征在于解码方法包括确定语音信号的背景噪声特性，该方法的特征还在于，该方法包括根据背景噪声特性来改变语音信号的解码。
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