CN1873777A - 具有语音解码功能的移动通信终端及其动作方法 - Google Patents

具有语音解码功能的移动通信终端及其动作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有语音解码功能的移动通信终端及其动作方法，其特征在于，包含有如下几个部分：语音解码部，它用于复原采样的语音数据；语音生成部，它利用上述语音数据的语音参数和输入的噪声生成虚拟的语音数据；语音合成部，它加算通过上述语音解码部复原的语音数据和通过上述语音生成部输出的虚拟的语音数据并输出语音。在本发明中，对将接收到的语音数据的低频和高频部分各单独进行采样并输出宽频带的语音，将低频带中使用的参数使用在高频带语音的采样操作中，并根据高频带语音的特征将噪声作为输入信号使用，使无需另外的传送数据并通过较少的计算量即可输出宽频带的高音质语音，从而可较大提高通话品质并提高产品的品质及信赖性。

Description

具有语音解码功能的移动通信终端及其动作方法
技术领域
本发明涉及具有语音解码化功能的移动通信终端及其动作方法，特别是，利用人的听觉特性而生成基于语音参数的虚拟宽频带语音的具有语音解码化功能的移动通信终端及其动作方法。
背景技术
当前，移动通信终端中使用的语音压缩技术有IS-95的QCELP(QualcommCode Excited Linear Prediction，码激励线性预测编码)、EVRC(EnhancedVariable Rate Coding，增强型可变速率编码)、GSM的VSELP(Vector-SumExcited Linear Prediction，矢量和激励线性预测编码)、PRE-LTP(Regular-PulseExcited LPC with a Long-Term Predictor，规则脉冲激励—长期预测编码)、ACELP(Algebraic Code Excited Linear Prediction，代数码本激励线性预测编码)等，其全部以LPC(Linear Prediction Coding，线性预测编码化)分析方法为基准。
其中，上述LPC系列的语音压缩技术中使用最适合于人的发音结构的模式，使在将人的语音以中传输率或低传输率压缩时非常有效。并且，为使提高频谱的效率并减少系统消耗的电力，只有在用户说话时压缩信号并传送，而在用户不说话时则不传送信号。
图1是现有技术中的一般的移动通信终端的语音编码化及解码化的流程的方框图。
一般来说，移动通信终端中利用QCELP(Qualcomm Code Excited LinearPrediction，码激励线性预测编码)的窄频带(8kHz sampling rate，采用率)语音，使对语音进行编码化/解码化并满足所需的通话品质。
上述移动通信终端在发送端将模拟形态的语音采样为8kHz，并将离散时间区域(discrete time domain)的语音分离为激励(excitation)成分和共鸣(formant)成分。
并且，上述移动通信终端从码簿(codebook)使用最为类似的信息表示上述激励(excitation)成分，以及使用LPC(Linear Prediction Coefficient，线性预测倒谱系数)表示上述共鸣(formant)成分，并将传送上述码簿(codebook)信息和LPC(Linear Prediction Coefficient，线性预测编码化，以下简称‘LPC’)。
并且，上述移动通信终端利用接收端接收的数据，按照上述发送端中分析语音的方法的逆顺序对语音进行复原。
如图1所示，为使复原语音在采样过程中损失的高频成分，上述移动通信终端将使采样的语音通过高通滤波器(high pass filter，HPF)。此时，上述过程称为(pre-emphasis-预加重)。
其中，上述进行的预加重(pre-emphasis)步骤用于加强收发的信号频率的特定部分，使在信号调制前加强信号的高频带，并在解码后通过逆特性电路复原为原信号，从而改善语音信号的信噪比(S/N)。
并且，上述移动通信终端将上述预加重的语音信号分离为激励(excitation)成分和共鸣(formant)成分。
此时，为使将依次输入的语音分为重叠(aliasing)最小的帧单位，上述移动通信终端将执行视窗化(windowing)操作并求出各信号之间的自相关性(autocorrelation)。
其中，上述移动通信终端通过计算出的语音的自相关性(autocorrelation)判断出信息的重要性并决定比特率(bit rate)。并且，通过自相关模型(autocorrelation matrix)计算出LPC。
接着，将上述计算出的LPC转换为可使量化错误(quantization error)最少的LSP(Line Spectral Pair，线频谱对)，并通过上述转换的LSP执行量化(quantization)操作。
并且，上述移动通信终端计算出激励成分(Excitation part)的音调(pitch)和增益(gain)。其中，当是音调(Pitch)的情况下，求出音调检索算法(pitchsearching algorithm)并从码簿(codebook)中求出最为类似的值；当是增益(gain)的情况下，求出各子帧(sub-frame)的增益(gain)后执行量化(quantization)操作。最后，上述计算出的各参照将以帧单位进行位填塞(bit-packing)并传送。
上述移动通信终端的接收端执行与上述发送端中执行的步骤的逆顺序步骤并对语音进行复原。
但是，在上述现有技术的移动通信终端中，由于收发的语音数据具有较低的传输率，虽然数据收发的通信效率较佳，但较低的传输率相反的导致降低通信音质，使很难在通话操作时提供高音质。
发明内容
为使解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于具有语音解码化功能的移动通信终端及其动作方法，在本发明中，对将接收到的语音数据的低频和高频部分各单独进行采样并合成，从而可输出虚拟的宽频带语音并提供高音质的语音。
为使达到上述目的，本发明中的具有语音解码化功能的移动通信终端，其特征在于，包含有如下几个部分：语音解码部，它用于复原采样(sampling)的语音数据；语音生成部，它利用上述语音数据的语音参数和输入的噪声生成虚拟的语音数据；语音合成部，它加算通过上述语音解码部复原的语音数据和通过上述语音生成部输出的虚拟的语音数据并输出语音。
并且，为使达到上述目的，本发明中的具有语音解码化功能的移动通信终端的动作方法，其特征在于，包含有如下几个步骤：第1步骤，对接收到的语音数据进行解压缩(Un-packing)并分析语音参数；第2步骤，利用上述语音参数对语音数据进行解码操作；第3步骤，利用上述语音参数和输入的噪声生成虚拟的语音数据；第4步骤，加算上述解码的语音数据和生成的虚拟语音数据并输出合成的语音。
根据如上所述的本发明中的具有语音编码化功能的移动通信终端及其动作方法，对将接收到的语音数据的低频和高频部分各单独进行采样并输出宽频带的语音，将低频带中使用的参数使用在高频带语音的采样操作中，并根据高频带语音的特征将噪声作为输入信号使用，使无需另外的传送数据并通过较少的计算量即可输出宽频带的高音质语音，从而可较大提高通话品质并提高产品的品质及信赖性。
附图说明
图1是现有技术中的一般的移动通信终端的语音编码化及解码化的流程的方框图；
图2是本发明中的周期性脉冲列对应的时间及频率轴上的听觉屏蔽现象的示意图；
图3是本发明中的具有语音解码化功能的移动通信终端的结构框图；
图4是本发明中的移动通信终端的语音解码化方法的流程图。
其中，附图标记：
110    解压部                    120    语音解码部
121    解码器                    122    采样部
123    低通滤波器                130    语音生成部
131    LPC合成滤波器             132    高通滤波器
133    增益匹配部                140    语音合成部
具体实施方式
下面参照附图对本发明中的实施例进行说明。其中，图2是本发明中的周期性脉冲列对应的时间及频率轴上的听觉屏蔽现象的示意图；图3是本发明中的具有语音解码化功能的移动通信终端的结构框图。
本发明中的具有语音解码化功能的移动通信终端将对输入的语音数据进行转换，并将转换后的数据通过通信模块(未图示)传送，同时，对通过上述通信模块接收的语音数据进行转换，并将上述转换后的数据通过扬声器(未图示)输出，从而实现移动通信终端的语音通话操作。
此时，如上所述，上述移动通信终端执行语音传送对应的语音数据的编码化操作，对语音数据进行位填塞(bit-packing)并通过上述通信模块传送。
以下，针对用于收发语音数据的通信模块，信号收发操作相关的控制部、存储器，输入输出操作相关的键区、扬声器、麦克风将省去详细的说明，同时将省去对前述的语音的编码化及解码化相关的详细说明。
在本发明的移动通信终端中，接收进行编码化传送的语音数据并对其进行解码化操作，使获取虚拟的宽频带语音并通过扬声器输出高音质的语音数据。
上述移动通信终端根据如下表1所示分布的人的听觉特性和人的听觉屏蔽特性而输出虚拟的宽频带语音。
【表1】
                       fl·fh：临界频带的下限和上限频率
                            Δf：临界频带的带宽
                                     Δ
fl fh fc Δf fl fh fc Δf
  Hz   Hz   Hz   Hz   Hz   Hz   Hz   Hz
  0   100   50   100   1720   2000   1850   280
  100   200   150   100   2000   2320   2150   320
  200   300   250   100   2320   2700   2500   380
  300   400   350   100   2700   3150   2900   450
  400   510   450   110   3150   3700   3400   550
  510   630   570   120   3700   4400   4000   700
  630   770   700   140   4400   5300   4800   900
  770   920   840   150   5300   6400   5800   1100
  920   1080   1000   160   6400   7700   7000   1300
  1080   1270   1170   190   7700   9500   8500   1800
  1270   1480   1370   210   9500   12000   10500   2500
  1480   1720   1600   240   12000   15000   13500   3500
下面对人的听觉自身的分解能力及听觉屏蔽特性进行说明。
声音分为人能听到的24个临界频带，上述表1中提示出人的听觉的临界频带(Critical band)对应的特征，当在相同的临界频带内存在具有相互不同频率的2个以上的声音的情况下，人将无法准确区分上述各声音，上述临界频带随着频率的增大其带宽将变宽。
这表示当人听取高频率的声音时，在频率轴上的分解能力不佳。即，在上述表1所示的宽频带语音中，其与窄频带语音增加的临界区域只有5个，这表示可通过较少的信息量描述较宽的频带区域。
下面参照附图2对人的听觉屏蔽特性进行说明，如图2所示，本发明中移动通信终端的虚拟宽频带语音生成操作中将利用听觉屏蔽特性，即，利用某一音频信号单独存在时可察觉，但多个音频信号同时发生时则无法察觉的听觉屏蔽特性。
即，图2提示出上述听觉屏蔽特性，其提示出针对周期性的脉冲列用户的听觉无法察觉的区域，其表示在低频带中，时间轴的上大部分区域属于屏蔽区域，但在频率轴上则较大存在未屏蔽的区域；相反，在高频带中，频率轴的上大部分区域属于屏蔽区域，但在时间轴上则较大存在未屏蔽的区域。
为使如前述临界频带的分布真实描述较高的频带的情况，与频率轴上的描述比较时，其时间轴上的描述更为重要，上述移动通信终端利用根据上述听觉特性接受到语音数据的参数，并生成后述的虚拟宽频带语音。
如图3所示，上述移动通信终端中包含有如下几个部分：解压部110，它对接收到的语音数据进行解压(un-packing)操作；语音解码部120，它对接收到的语音数据进行解码化操作；语音生成部130，它利用上述语音数据的参数和输入的噪声生成虚拟的语音数据；语音合成部140，它加算通过上述语音解码部120进行解码的语音数据和通过上述语音生成部130生成的虚拟的语音数据并输出语音。
其中，上述解压部110对通过移动通信网输入到上述通信模块的语音数据进行解压缩(un-packing)并可进行解读，即，上述解压部110对为使通过移动通信网传送语音数据而位填塞(bit-packing)的语音数据进行解压缩(un-packing)，使可对编码化的语音数据进行解码化操作。
上述解压部110对通过上述通信模块接收并连续输入的位流(Bit-stream)进行解压缩(un-packing)操作，并将上述解压缩的语音数据中的语音参数输入给上述语音解码部120及上述语音生成部130。
上述语音解码部120通过上述语音参数对上述解压缩的语音数据进行解码化操作。
上述语音解码部120中包含有：解码器(Decoder)121，它对上述解压缩部110输入的语音数据进行解码化操作；采样部122，它对通过上述解码器121解码的语音数据进行上采样(up-sampling)操作；低通滤波器(LPF)，它对通过上述采样部122上采样的语音数据进行滤波操作。
上述解码器121利用输入的位流的语音参数对窄频带的语音数据进行解码化操作，此时，上述解码器121利用上述解压部110输入的语音数据的音调(Pitch)、增益(Gain)、LSP等语音数据执行语音数据的解码化操作。其中，上述解码器121是QCELP方式的解码器(decoder)。
上述采样部122对通过上述解码器121解码的语音数据进行2倍上采样(up-sampling)操作，使增加上述语音数据的采样率。其中，上述采样部122为使从上述解码化的语音数据中生成宽频带的语音而执行2倍上采样操作。
即，为使将通过上述解码器121解码的采样率为8kHz的语音数据转换为16kHz采样的语音数据，上述采样部122将在上述解码器121输出的语音数据的各样本数据(sample data)之间插入0，使其采样率达到2倍并执行上述2倍上采样操作。
为使去除通过上述采样部(122)2倍上采样的语音数据的重叠(Aliasing)，上述低通滤波器(LPF)123用低频带对上述语音数据进行滤波并输出语音数据。
其中，上述低通滤波器(LPF)123是截止频率(Cut-off frequency)为PI/2的低通滤波器。
由此，上述语音解码部120通过上述解码器(121)、采样部(122)、低通滤波器(LPF)123将4kHz频带的语音数据转换为8kHz频带的语音数据并输出。
接着，为使改善通过上述语音解码部120输出的语音数据的音质，上述语音生成部130将生成虚拟的宽频带语音。
上述语音生成部130中包含有：高通滤波器(High pass filter，HPF)132，它对输入的噪声用高频带进行滤波；LPC合成滤波器(LPC Synthesis Filter)131，它利用上述解码部110的语音参数和上述高通滤波器(HPF，132)输出的噪声信号生成语音信号；增益匹配部(Gain Matching)133，它对通过上述LPC合成滤波器131输出的语音信号与上述语音数据的增益(gain)进行匹配(matching)。
此时，上述噪声是被采样为16kHz，平均为0，单位分散(unit variance)的高斯噪声(Gaussian noise)。
为使生成虚拟的宽频带语音，上述高通滤波器(HPF)132将上述输入的高斯噪声(Gaussian noise)滤波为4kHz至8kHz的频带。
上述LPC合成滤波器131利用上述解压部110输入的增益(Gain)、LSP等语音参数，从上述高通滤波器(HPF)132输入的噪声信号中输出语音信号。
即，上述LPC合成滤波器131利用作为低频带信号的上述语音数据的LSP，使从通过上述高通滤波器(HPF)进行滤波的高斯噪声，即，从上述噪声信号中生成LPC系数。
上述增益匹配部133将通过上述LPC合成滤波器131输出的语音信号与上述语音数据的增益(Gain)进行匹配(Matching)并输出虚拟的语音数据。
上述语音合成部140加算上述语音解码部120输出的16kHz采样的语音数据和上述语音生成部130输出的虚拟的语音数据，进行语音合成并输出虚拟的宽频带语音。
由此，上述移动通信终端通过上述语音解码部120和上述语音生成部130各单独采样高频带和低频带的语音进行合成，并利用低频带的语音参数和高速噪声(Gaussian noise)输出宽频带的语音，使无需另外的传送数据并通过较少的计算量即可输出宽频带的高音质语音。
下面对如上结构的本发明中的动作进行说明，图4是本发明中的移动通信终端的语音解码化方法的流程图。如图所示，包括以下步骤：
步骤S1，在与对方移动通信终端进行语音通话的情况下，当从对方移动通信终端接收语音数据时。
步骤S2，对接收的语音数据进行解压缩(un-packing)操作并分析语音数据。
步骤S3a，接着，从上述解压缩的语音数据分析语音参数，并利用上述语音参数对语音数据进行解码。此时，将利用上述语音数据的参数中的音调(Pitch)、增益(Gain)、LSP对语音数据进行解码。
步骤S4a，随后，在解码输出的语音数据的样本中插入0，并对上述语音数据进行2倍上采样操作。其中，上述2倍上采样操作是为了将以8kHz采样率进行采样的语音数据采样为16kHz采样率。
步骤S5a，接着，将上述上采样的语音数据用低频带进行滤波，使去除上述上采样的语音数据的重叠(Aliasing)。
步骤S3b，此外，为使生成宽频带语音而输入噪声并进行滤波。
此时，上述输入的噪音将用4kHz至8kHz频带的高频带进行滤波。
其中，上述输入的噪声是平均为0，以16kHz的采样率进行采样，并单位分散的高斯噪声(Gaussian noise)。
步骤S4b，接着，利用上述解压缩的语音数据输入的语音参数，将从上述进行高频带滤波的高斯噪声中生成语音信号。
此时，作为上述语音参数使用上述语音数据的增益(Gain)和LSP，使通过上述语音参数从上述进行滤波的高斯噪声(Gaussian noise)计算出LPC系数。
步骤S5b，接着，将上述输出的语音信号与上述语音数据的低频带的增益(Gain)进行匹配并输出虚拟的语音数据。
步骤S6，接着，加算上述解码并上采样的语音数据和从高斯噪声生成的虚拟的语音数据并进行合成。
步骤S7，通过移动通信终端中设置的扬声器输出上述合成的语音数据并进行语音通话。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种具有语音解码化功能的移动通信终端，其特征在于，包含有：
语音解码部，用于复原采样的语音数据；
语音生成部，利用上述语音数据的语音参数和输入的噪声生成虚拟的语音数据；
语音合成部，加算通过上述语音解码部复原的语音数据和通过上述语音生成部输出的虚拟的语音数据并输出语音。
2.根据权利要求1所述的具有语音解码化功能的移动通信终端，其特征在于，上述语音生成部中包含有：
高通滤波器，对输入的噪声用高频带进行滤波；
线性预测编码合成滤波器，利用上述解码部的语音参数和上述高通滤波器输出的噪声信号生成语音信号；
增益匹配部，对通过上述线性预测编码合成滤波器输出的语音信号与上述语音数据的增益进行匹配。
3.根据权利要求2所述的具有语音解码化功能的移动通信终端，其特征在于：
上述高通滤波器接收平均为0，采样率为16kHz的高斯噪声进行滤波。
4.根据权利要求3所述的具有语音解码化功能的移动通信终端，其特征在于：
上述高通滤波器将输入的高斯噪声用4kHz至8kHz频带进行滤波。
5.根据权利要求2所述的具有语音解码化功能的移动通信终端，其特征在于：
上述线性预测编码合成滤波器接收上述语音数据的增益、线频谱对，从上述高通滤波器输入的进行滤波的高斯噪声中生成语音信号。
6.根据权利要求1所述的具有语音解码化功能的移动通信终端，其特征在于，上述语音解码部中包含有：
解码器，利用输入的语音数据的参数对上述解压缩部输入的语音数据进行解码化操作；
采样部，对上述解码的语音数据进行2倍上采样操作；
低通滤波器，对上述进行上采样的语音数据进行滤波操作。
7.一种具有语音解码化功能的移动通信终端的动作方法，其特征在于，包含有：
第1步骤，对接收到的语音数据进行解压缩并分析语音参数；
第2步骤，利用上述语音参数对语音数据进行解码操作；
第3步骤，利用上述语音参数和输入的噪声生成虚拟的语音数据；
第4步骤，加算上述解码的语音数据和生成的虚拟语音数据并输出合成的语音。
8.根据权利要求7所述的具有语音解码化功能的移动通信终端的动作方法，其特征在于，上述第2步骤中包含有：
第1过程，利用上述语音参数对语音数据进行解码化操作；
第2过程，对输出的语音数据进行2倍上采样操作；
第3过程，对上述上采样的语音数据进行滤波并去除重叠。
9.根据权利要求7所述的具有语音解码化功能的移动通信终端的动作方法，其特征在于，上述第3步骤中包含有：
第4过程，对输入的噪声进行滤波操作；
第5过程，利用上述语音参数从上述进行滤波的噪声生成语音信号并生成线性预测编码系数；
第6过程，将输出的语音信号与上述语音数据的增益进行匹配并输出虚拟的语音数据。
10.根据权利要求7所述的具有语音解码化功能的移动通信终端的动作方法，其特征在于：
上述噪声是平均为0，采样率为16kHz的高斯噪声。
11.根据权利要求9所述的具有语音解码化功能的移动通信终端的动作方法，其特征在于：
在上述第4过程中，对输入的高斯噪声用4kHz至8kHz频带进行滤波。
12.根据权利要求9所述的具有语音解码化功能的移动通信终端的动作方法，其特征在于：
在上述第5过程中，上述语音参数是上述语音数据的增益和线频谱对。
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US9705464B2 (en) 2014-12-17 2017-07-11 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Audio signal processing circuit
CN113257261A (zh) * 2021-05-13 2021-08-13 柒星通信科技（北京）有限公司 一种利用语音信道传输数据的方法

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