EP0869476A1 - Dispositif de génération de bruit de confort, ainsi que codeur et décodeur de parole incluant des éléments d'un tel dispositif - Google Patents
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- G10L19/00—Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
- G10L19/012—Comfort noise or silence coding
Definitions
- the present invention relates to a device for comfort noise generation, as well as an encoder and a speech decoder including elements of such a device.
- a voice activity detector which makes it possible to locate, in input signals where voice signals are mixed with noise and moments of silence, periods when speech signals are here.
- the following speech coder transmits regularly (all frames) a stream of digital data that will allow a interlocutor say so much to reconstitute these speech signals.
- we no longer detects speech signals we no longer send coded frames on the network, in order to save speed on it.
- a first object of the invention is to propose a comfort noise generating device remedying this disadvantage and which for this purpose is characterized in that it includes, in coding, in parallel, a determination circuit of the energy of the current frame - the input signals being available as successive length frames predetermined - and an envelope determination circuit of this frame by so-called LPC analysis, and, on decoding, in series, a circuit for generating a Gaussian noise, a subset two gain definition channels in parallel, and one adder of the outputs of said channels, the noise frame of comfort restored in the absence of speech signals in the current input frame being available on the output of said adder.
- This device allows to return to the interlocutor remote better message quality. Indeed, in transmitting during the periods of silence a few frames which contain the essential characteristics of ambient noise, we remove this unpleasant impression of line break in total silence.
- the coding of these few noise frames is very inexpensive in debit, since there is only to send the frequency and energy characteristics of the signal noise, which are sufficient to restore, to the interlocutor, a substantially equivalent noise.
- comfort noise generation devices are already provided in the speech coders described for example in the project recommendation issued recently by the International Union of Telecommunications (ITU), "Draft Recommendation G.723 - Dual rate speech coder for multimedia telecommunication transmitting at 5.3 and 6.3 kbits / s ", ITU, Study Group 15, 1995, 10th” LBC Meeting ", Newton, Ma., USA, aimed at defining a standard for a speech coder.
- comfort noise generation is very strongly nested in the speech encoder.
- the method used does not depend on the coder. We do not no longer uses waveform dictionaries, which were traditionally present in speech coders.
- the addition to the filtered noise of a Gaussian noise is particularly interesting when ambient noise is very weak.
- Another object of the invention is to propose a speech coder and decoder including elements of a comfort noise generation device as described above.
- the input signals are available in the form of successive frames TR n-1 , TR n , ... etc ... of predetermined duration.
- the device described comprises first of all, as indicated in the figure, a circuit 11 for determining the energy of the current frame, also called gain analysis, as well as a circuit 12 for determining the envelope of this frame (from the frequency point of view) by means of an analysis called LPC (in English: l inear p redictive c oding) which makes it possible to estimate coefficients of linear prediction.
- LPC in English: l inear p redictive c oding
- the device includes first a circuit 21 for generating a Gaussian noise (or, at least, noise constituting an approximation of a Gaussian noise).
- This circuit is not a dictionary of shapes wave and therefore does not require memory.
- the calculation allowing this generation is a sum, made in time real, of pseudo-random numbers (we get a signal Gaussian if the number of iterations is large enough, less than ten generally sufficient).
- This noise is sent in parallel on two gain definition channels 30 and 40 including the first includes in series a gain circuit 31 (this gain is determined by the energy - which has been transmitted - of the frame current), a filter 32 (whose LPC coefficients - also transmitted- have been estimated as indicated above) and a multiplier 33.
- the output of this multiplier 33 and that of a similar multiplier 43 constituting the other path 40 constitute the inputs of a adder 25 at the output of which the noise frame is present TBC comfort level reconstituted in the absence of speech signals.
- the present invention is not limited to this exemplary embodiment, from which variants may be provided.
- decoding we can take into account that we reduced the flow by not not transmitting each time a coded frame: to decrease abrupt transitions, it is then possible to make a interpolation with the previous frames, with regard to energy and filter coefficients. Can also improve quality by also providing for coding a interpolation of the energy of the past frames.
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de génération de bruit de confort permettant de remplacer, pour un interlocuteur distant, les silences par un bruit ambiant. Il comprend à cet effet des voies de définition de gain (30,40) opérant par filtrage d'un bruit gaussien. La détermination préalable des caractéristiques d'énergie des trames de signaux et l'estimation préalable des coefficients de filtrage fixent le gain et la pondération dans ces voies. La qualité d'écoute est nettement améliorée. Application : codeurs de parole en téléphonie ou visiophonie bas débit. <IMAGE>
Description
La présente invention concerne un dispositif de
génération de bruit de confort, ainsi qu'un codeur et un
décodeur de parole incluant des éléments d'un tel dispositif.
Lorsqu'on transmet des signaux de parole dans des
types de réseaux transportant également d'autres données que de
tels signaux, il est souvent utile de s'assurer qu'ils
n'occupent pas toute la bande passante et autorisent le passage
simultané de ces autres données, ce qui revient à optimiser
leur débit. Il est alors prévu, avant transmission, un
détecteur d'activité vocale qui permet de repérer, dans des
signaux d'entrée où des signaux vocaux sont mêlés à du bruit et
des moments de silence, les périodes où des signaux de parole
sont présents.
Si la présence de signaux de parole est détectée,
le codeur de parole qui suit transmet régulièrement (toutes les
trames) un flot de données numériques qui permettra à un
interlocuteur dis tant de reconstituer ultérieurement ces
signaux de parole. Au contraire, si l'on ne détecte plus de
signaux de parole, on n'envoie plus de trames codées sur le
réseau, afin d'économiser du débit sur celui-ci. Pour
l'interlocuteur distant, on peut forcer alors à zéro les
échantillons des signaux pendant ces périodes d'absence de
parole. Cette solution est efficace pour la réduction du débit,
mais peut conduire à des effets désagréables pour
l'interlocuteur. En effet, dans la plupart des cas, il n'existe
pas un silence total dans les lieux où se déroule la
conversation, mais plutôt un bruit ambiant. Si donc, au moment
de transitions paroles/silence, les échantillons des signaux
d'entrée sont forcés à zéro, l'interlocuteur aura l'impression
d'une discontinuité dans la conversation, ou même d'une coupure
de la ligne.
Un premier but de l'invention est de proposer un
dispositif de génération de bruit de confort remédiant à cet
inconvénient et qui, à cet effet est caractérisé en ce qu'il
comprend, au codage, en parallèle, un circuit de détermination
de l'énergie de la trame courante - les signaux d'entrée étant
disponibles sous forme de trames successives de longueur
prédéterminée - et un circuit de détermination de l'enveloppe
de cette trame par analyse dite LPC, et, au décodage, en série,
un circuit de génération d'un bruit gaussien, un sous-ensemble
de deux voies de définition de gain en parallèle, et un
additionneur des sorties desdites voies, la trame de bruit de
confort reconstituée en l'absence de signaux de parole dans la
trame courante d'entrée étant disponible sur la sortie dudit
additionneur.
Ce dispositif permet de restituer à l'interlocuteur
distant une meilleure qualité de message. En effet, en
transmettant pendant les plages de silence quelques trames qui
contiennent les caractéristiques essentielles du bruit ambiant,
on supprime cette désagréable impression de coupure de ligne en
cas de silence total. Le codage de ces quelques trames de bruit
est très peu coûteux en débit, puisqu'il n'y a qu'à envoyer les
caractéristiques fréquentielles et d'énergie du signal de
bruit, qui sont suffisantes pour restituer, pour
l'interlocuteur, un bruit sensiblement équivalent. Des
dispositifs de génération de bruit de confort sont déjà prévus
dans les codeurs de parole décrits par exemple dans le projet
de recommandation émis récemment par l'Union Internationale des
Télécommunications (ITU), "Draft Recommendation G.723 - Dual
rate speech coder for multimedia telecommunication transmitting
at 5.3 and 6.3 kbits/s", ITU, Study Group 15, 1995, 10ème "LBC
Meeting", Newton, Ma., USA, visant à définir une norme pour un
codeur de parole. Il faut cependant remarquer que, dans ce cas,
la génération de bruit de confort est très fortement imbriquée
dans le codeur de parole. Au contraire, dans le cas présent, la
méthode mise en oeuvre ne dépend pas du codeur. En effet, on ne
fait plus appel à des dictionnaires de formes d'onde, qui
étaient traditionnellement présents dans les codeurs de parole.
Par ailleurs, l'addition au bruit filtré d'un bruit gaussien
est particulièrement intéressante lorsque le bruit ambiant est
très faible.
Un autre but de l'invention est de proposer un
codeur et un décodeur de parole incluant des éléments d'un
dispositif de génération de bruit de confort tel que décrit ci-dessus.
Les particularités de l'invention apparaítront
maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit
et dans le dessin annexé (figure 1), donné à titre d'exemple
non limitatif et qui représente un exemple de réalisation d'un
dispositif de génération de bruit de confort conforme à
l'invention.
Les signaux d'entrée sont disponibles sous la forme
de trames successives TRn-1, TRn,... etc... de durée
prédéterminée. Le dispositif décrit comprend tout d'abord,
comme indiqué sur la figure, un circuit 11 de détermination de
l'énergie de la trame courante, dit aussi d'analyse de gain,
ainsi qu'un circuit 12 de détermination de l'enveloppe de cette
trame (au point de vue fréquentiel) par l'intermédiaire d'une
analyse dite LPC (en anglais : linear predictive coding) qui
permet d'estimer des coefficients de prédiction linéaire. Ces
caractéristiques des signaux d'entrée sont quantifiées, codées
et transmises.
Au décodage, où l'on veut régénérer un bruit dit de
confort pour l'interlocuteur distant, le dispositif comprend
tout d'abord un circuit 21 de génération d'un bruit gaussien
(ou, au moins, d'un bruit constituant une approximation d'un
bruit gaussien). Ce circuit n'est pas un dictionnaire de formes
d'onde et ne nécessite donc pas de mémoire. Le calcul
permettant cette génération est une somme, effectuée en temps
réel, de nombres pseudo-aléatoires (on obtient un signal
gaussien si le nombre d'itérations est suffisamment grand,
moins d'une dizaine suffisant en général). Ce bruit est envoyé
en parallèle sur deux voies de définition de gain 30 et 40 dont
la première comprend en série un circuit de gain 31 (ce gain
est déterminé par l'énergie -qui a été transmise- de la trame
courante concernée), un filtre 32 (dont les coefficients LPC -
également transmis- ont été estimés comme indiqué ci-dessus) et
un multiplieur 33. La sortie de ce multiplieur 33 et celle d'un
multiplieur 43 similaire constituant l'autre voie 40 (ces
multiplieurs permettent des pondérations par des coefficients α
et 1-α respectivement) constituent les entrées d'un
additionneur 25 en sortie duquel est présente la trame de bruit
de confort TBC reconstituée en l'absence de signaux de parole.
On a donc, dans la partie codage, déterminé et
quantifié l'énergie de la trame concernée, pour fixer le gain
de l'une des voies de définition de gain au décodage, ainsi
qu'estimé et quantifié les coefficients du filtre de cette même
voie destiné a régénérer à partir d'un bruit gaussien (auquel
on applique le filtrage) un bruit ayant pratiquement les mêmes
caractéristiques spectrales que le bruit original. A l'écoute,
ce bruit reconstitué n'est pas exactement le même que le bruit
d'origine, mais la qualité est nettement améliorée, les
transitions brutales entre parole et silence total étant
désormais évitées.
Bien entendu, la présente invention n'est pas
limitée a cet exemple de réalisation, à partir duquel des
variantes peuvent être prévues. Par exemple, pour le décodage,
on peut tenir compte du fait que l'on a réduit le débit en ne
transmettant pas à chaque fois une trame codée : pour diminuer
les transitions abruptes, il est alors possible de faire une
interpolation avec les trames précédentes, en ce qui concerne
l'énergie et les coefficients de filtre. On peut aussi
améliorer la qualité en prévoyant également au codage une
interpolation de l'énergie des trames passées.
Claims (5)
- Dispositif de génération de bruit de confort pour codeur/décodeur de parole, caractérisé en ce qu'il comprend, au codage, en parallèle, un circuit de détermination de l'énergie de la trame courante -les signaux d'entrée étant disponibles sous forme de trames successives de longueur prédéterminée- et un circuit de détermination de l'enveloppe de cette trame par analyse dite LPC, et, au décodage, en série, un circuit de génération d'un bruit gaussien, un sous-ensemble de deux voies de définition de gain en paralléle, et un additionneur des sorties desdites voies, la trame de bruit de confort reconstituée en l'absence de signaux de parole dans la trame courante d'entrée étant disponible sur la sortie dudit additionneur.
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première voie comprend en série un circuit de gain, ledit gain étant en relation directe avec l'énergie calculée pour cette trame courante, un filtre de coefficients déterminés par ladite analyse LPC, et un multiplieur par un coefficient de pondération α, et en ce que la deuxième voie comprend un multiplieur par le coefficient de pondération complémentaire (1-α).
- Codeur de parole caractérisé en ce qu'il comprend, pour permettre au décodage la génération d'un bruit de confort, un circuit de détermination de l'énergie de la trame courante - les signaux d'entrée étant disponibles sous forme de trames successives de longueur prédéterminée - et un circuit de détermination de l'enveloppe de cette trame par analyse dite LPC.
- Décodeur de parole caractérisé en ce qu'il comprend en série, pour permettre la génération d'un bruit de confort, un circuit de génération d'un bruit gaussien, un sous-ensemble de deux voies de définition de gain en parallèle, et un additionneur des sorties desdites voies, la trame de bruit de confort reconstituée en l'absence de signaux de parole dans la trame courante d'entrée étant disponible sur la sortie dudit additionneur.
- Décodeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première voie de définition de gain comprend en série un circuit de gain, ledit gain étant en relation directe avec l'énergie calculée pour cette trame courante, un filtre de coefficients déterminés par ladite analyse LPC, et un multiplieur par un coefficient de pondération α, et en ce que la deuxième voie de définition de gain comprend un multiplieur par le coefficient de pondération complémentaire (1-α).
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