專利名稱：帶有減小頻譜失真后置濾波器的數(shù)字語(yǔ)言解碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)講與語(yǔ)言編碼器有關(guān)，具體來(lái)講與使用后置濾波器以增強(qiáng)語(yǔ)言質(zhì)量的數(shù)字語(yǔ)言編碼器有關(guān)。
語(yǔ)言編碼器與解碼器從技術(shù)上來(lái)講已為人所知。一些語(yǔ)言編碼器將模擬語(yǔ)音樣本轉(zhuǎn)變成數(shù)字化形式，接著使用線性預(yù)測(cè)編碼表示出頻譜語(yǔ)言信息。另外一些語(yǔ)言編碼器通過(guò)提供一個(gè)激勵(lì)信號(hào)(它與原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)有關(guān))改進(jìn)通常所用的線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)技術(shù)。
美國(guó)專利號(hào)4，817，157描述了一個(gè)具有改進(jìn)了的矢量激勵(lì)源的語(yǔ)言編碼器和解碼器，其中可以訪問(wèn)編碼本激勵(lì)矢量的編碼本以選取最合適現(xiàn)有信息的編碼本矢量信號(hào)，并用來(lái)從LPC濾波器提供一個(gè)合成語(yǔ)言信號(hào)，它最能反應(yīng)出原來(lái)的信號(hào)。
合成語(yǔ)言信號(hào)一旦形成，經(jīng)常使用各式各樣的后置LPC濾波器進(jìn)一步改善信號(hào)。自適應(yīng)頻譜后置濾波器就是一種這樣的濾波器。它典型的作用是為了提高合成語(yǔ)言的感覺質(zhì)量。另外一種濾波器是后置增強(qiáng)濾波器。它使語(yǔ)言合成結(jié)果變得清晰。
自適應(yīng)頻譜后置濾波器的典型形式為
這里0≤η≤V＜1
1/(1-A(Z)) 代表有關(guān)的LPC濾波器。
在上述后置濾波器表示式中分母項(xiàng)強(qiáng)調(diào)了合成語(yǔ)言頻譜的構(gòu)形成分，同時(shí)減小頻譜的谷值，(在兩個(gè)極端的情況下，置ν＝0結(jié)果為全通濾波器，而置ν＝1結(jié)果得到與有關(guān)的LPC濾波器一樣的分母項(xiàng)。)分子項(xiàng)試圖取消一由分母引入的一般頻譜形狀。在先有技術(shù)應(yīng)用中，ν常定在0.8左右，η定在0.5左右。
實(shí)際上，分子的多項(xiàng)式在追蹤分母的頻譜形狀時(shí)，僅有部分成功(事實(shí)上濾波器的頻譜特性隨時(shí)間擺動(dòng))，誤差本身清楚地表明它是隨時(shí)間改變后置濾波器語(yǔ)言清晰度的調(diào)制。
因此，需要有一種后置濾波合成語(yǔ)言的方法，以提高合成語(yǔ)言的感覺質(zhì)量，同時(shí)減小對(duì)語(yǔ)言清晰度的不利影響。最理想的，語(yǔ)言清晰度本身也能得到更好地控制。
這些需要和其它的需要，通過(guò)這里揭示的后置濾波器的設(shè)備實(shí)際上得到滿足。遵照本發(fā)明，可以提供一種后置濾波器。這一后置濾波器的特征是具有第一組成部分和第二組成部分。第一組成部分包括一套系數(shù)。將這些系數(shù)變換成替換定義域的一套參數(shù)。然后處理它們以得到一套修正了的參數(shù)。然后用這些參數(shù)來(lái)提供一套表征第二組成部分的系數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，代表第一部分的Z變換(濾波器)系數(shù)，被變換到自相關(guān)定義域。然后將使用了帶寬擴(kuò)展函數(shù)的頻譜平滑技術(shù)應(yīng)用到自相關(guān)序列上。通過(guò)Levinson循環(huán)，由修正過(guò)的自相關(guān)序列計(jì)算出第二部分多項(xiàng)式系數(shù)。這樣在上邊提出的濾波器特征式中，第一組成部分用來(lái)作分母，第二組成部分用來(lái)作分子。
通過(guò)這一過(guò)程，A(Z/ν)多項(xiàng)式的頻譜平滑形式代替了分子多項(xiàng)式。帶寬展開格式不改變平滑的頻譜包絡(luò)線。這樣，A(Z/ν)多項(xiàng)式的頻譜平滑帶寬展開形式極大地減小了頻譜隨時(shí)間的擺動(dòng)。并允許分子自適應(yīng)追蹤分母的一般頻譜形狀并且將它刪除。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，用一個(gè)附加后置增強(qiáng)濾波器能夠更多地控制后置濾波的語(yǔ)言清晰度。這個(gè)濾波器是下式的一階濾波器。
典型情況下0.2≤u≤0.5

圖1為根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的無(wú)線電的方塊圖。
1989年3月28日授與Ira Gerson的美國(guó)專利4，817，157(“帶有改進(jìn)了的矢量激發(fā)源的數(shù)字語(yǔ)言編碼器”)一文中極其詳細(xì)地描述了數(shù)字語(yǔ)言編碼器和解碼器。正如在上述參考材料中已有詳細(xì)論述，這一發(fā)明可用于采用合適的數(shù)字信號(hào)處理器，例如Motorala DSP56000系列器件的語(yǔ)言編碼器(或解碼器)。
圖1中，實(shí)施本發(fā)明的無(wú)線電(100)包括用于接受語(yǔ)言編碼無(wú)線電頻率(射頻RF)信號(hào)(101)的天線(102)。射頻單元(103)處理收到的信號(hào)，再現(xiàn)語(yǔ)言編碼信息。此信息送到參數(shù)解碼器(105)，形成用于各式各樣后序處理過(guò)程所需的控制參數(shù)。如上所述的激勵(lì)源(104)，利用提供給它的參數(shù)，產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)信號(hào)。將由激勵(lì)源(104)產(chǎn)生的這一合成激勵(lì)信號(hào)送到LPC濾波器(106)。LPC濾波器(106)根據(jù)編碼的信息產(chǎn)生一個(gè)合成的語(yǔ)言信號(hào)。這一合成的語(yǔ)言信號(hào)然后經(jīng)過(guò)音調(diào)后置濾波(107)和頻譜后置濾波(108)，以加強(qiáng)重新構(gòu)造的語(yǔ)言的質(zhì)量。如果希望的話，還可以加一個(gè)后置增加濾波器(109)，以進(jìn)一步增強(qiáng)合成語(yǔ)言信號(hào)。(有關(guān)頻譜后置濾波器(108)及后置增強(qiáng)濾波器(109)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，將在下面給出。)語(yǔ)言信號(hào)然后在聲音處理單元(111)中得到處理，并由聲音轉(zhuǎn)換器(112)還原成聲音。通過(guò)DSP(113)的適當(dāng)編程可提供激勵(lì)源(104)、LPC濾波器(106)、音調(diào)后置濾波器(107)、自適應(yīng)頻譜后置濾波器(108)、及后置增強(qiáng)濾波器(109)。
依照本發(fā)明，自適應(yīng)頻譜后置濾波器(108)具有第一部分和第二部分的特征。第一部分為分母，它與LPC濾波器(106)的濾波器特點(diǎn)有關(guān);第二部分為分子，它自適應(yīng)追蹤分母的一般頻譜形狀，並將它刪除。這樣一種濾波器的一般形式可在下文中找到詳盡描述。這篇文章的標(biāo)題“使用自適應(yīng)后置濾波以每秒4800比特速度進(jìn)行實(shí)時(shí)矢量APC語(yǔ)言編碼”。作者是Chen和Gersho，發(fā)表在1987年4月，《聲音，語(yǔ)言，信號(hào)處理國(guó)際會(huì)議文件匯編》第2185-2188頁(yè)。
依據(jù)這一發(fā)明，將頻譜平滑技術(shù)應(yīng)用到分母多項(xiàng)式上產(chǎn)生了分子。這些技術(shù)在標(biāo)題為“PARCOR語(yǔ)言分解-合成中的頻譜平滑技術(shù)”一文中作了描述，作者為Tohkura，Itakura和Hashmoto此文發(fā)表在1978年12月編輯的I.E.E.E.聲音，語(yǔ)言，信號(hào)處理學(xué)報(bào)上。
在一個(gè)實(shí)施方案中，代表分母的Z變換系數(shù)變換到自相關(guān)定義域。(這種變換的例子可在Markel，J.D.Gray，A.H，Jr的“語(yǔ)言的線性預(yù)測(cè)”中找到。(Springer-Verlag，柏林，Heideberg，紐約，1976))。頻譜平滑技術(shù)帶寬展開函數(shù)然后應(yīng)用到了自相關(guān)序列上。這種應(yīng)用使用了通過(guò)Levinson循環(huán)由修正了的自相關(guān)序列計(jì)算出的分子多項(xiàng)式系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，自相關(guān)系數(shù)乘上了下列因數(shù)，以提供合成的分子系數(shù)自相關(guān)時(shí)帶 頻譜平滑因數(shù)0 1.00000001 0.92307692 0.72527473 0.48351644 0.27197805 0.12798966 4.9773753E-027 1.5718028E-028 3.9295070E-039 7.4847753E-0410 1.0206513E-04然后用分子和分母來(lái)確定自適應(yīng)頻譜后置濾波器(108)的特性。
當(dāng)然，直接使用LPC濾波器信息也是可能的，通過(guò)類似的過(guò)程，由此產(chǎn)生分子項(xiàng)也是可能的。這是因?yàn)椋缟纤?，用LPC濾波器的信息產(chǎn)生了分母項(xiàng)。
通過(guò)這一過(guò)程，分母多項(xiàng)式的頻譜平滑形式提供了分子多項(xiàng)式。分母多項(xiàng)式的頻譜平滑帶寬展開形式有效地減小了頻譜隨時(shí)間的擺動(dòng)，并允許分子自適應(yīng)追蹤分母的一般頻譜形狀，并且將它刪除。根據(jù)聽力試驗(yàn)，使用了約為1200Hz的帶寬展開因數(shù)(它規(guī)定了運(yùn)用于分母上的平滑度)。
可以提供后置增強(qiáng)濾波器(109)從而更多地控制后置濾波的語(yǔ)言清晰度。這個(gè)濾波器是下式的一階濾波器
典型情況下0.2≤u≤0.權(quán)利要求
1.為提供一個(gè)其特征為具有第一部分和第二部分的濾波器的方法，包括以下各步驟A)提供具有第一套系數(shù)的第一部分；其特征進(jìn)一步由以下各步驟構(gòu)成B)將第一套系數(shù)的至少一部分變換成替換定義域的一套參數(shù)；C)處理替換定義域一套參數(shù)，以提供修正了的第一套參數(shù)；D)使用修正了的第一套系數(shù)，以提供第二部分；
2.用于實(shí)際減小具有一個(gè)第一部分和一個(gè)第二部分的語(yǔ)言合成后置濾波器中隨時(shí)間變化的頻譜擺動(dòng)的方法，包括以下步驟A)提供要被濾波的合成語(yǔ)言的信息;B)提供第一部分作為信息的函數(shù)(至少一部分);其特征進(jìn)一步由以下各步驟構(gòu)成C)將信息的至少一部分;和第一部分的至少一部分;二者之一變換到替換定義域一套參數(shù);D)處理替換定義域一套參數(shù)，以提供一套系數(shù);E)使用這一套系數(shù)，以提供第二部分。
3.使具有第一部分和第二部分的語(yǔ)言合成后置濾波器具有特征的方法，包括以下步驟A)提供要被濾波的合成語(yǔ)言的信息，B)提供第一部分作為信息的函數(shù)(至少一部分);其特征進(jìn)一步由以下各步驟構(gòu)成C)將信息的至少一部分;和第一部分的至少一部分;二者之一變換成替換定義域一套參數(shù);D)處理替換定義域一套參數(shù)，以提供一套系數(shù);E)使用這套系數(shù)，得到第二部分。
4.產(chǎn)生合成語(yǔ)言信號(hào)的方法，包括以下步驟A)向LPC濾波器提供一個(gè)激勵(lì)信號(hào);B)從LPC濾波器提供一個(gè)合成語(yǔ)言信號(hào);C)配置一個(gè)語(yǔ)言合成后置濾波器，它要求有第一部分和第二部分;D)提供一個(gè)含有第一套系數(shù)的第一部分;其特征進(jìn)一步由以下各步驟構(gòu)成E)將第一套系數(shù)中至少一部分變換到替換定義域一套參數(shù);F)處理替換定義域一套參數(shù)，以提供修正過(guò)的第一套系數(shù);G)利用修正過(guò)的第一套系數(shù)得到語(yǔ)言合成后置濾波器用的第二部分;H)用第一部分和第二部分過(guò)濾語(yǔ)言合成后置濾波器中的合成語(yǔ)言信號(hào)，以提供一個(gè)濾了波的合成語(yǔ)言信號(hào)。
5.權(quán)利要求4中的方法，其中LPC濾波器至少部分地由下列表達(dá)式定義1/(1-A(Z))
6.權(quán)利要求5中的方法，其中語(yǔ)言合成后置濾波器的第一部分為下列形式1-A( (Z)/(ν) )如在Z變換表達(dá)式中所表示的那樣。
7.權(quán)利要求6中的方法，其中ν≈0.8。
8.權(quán)利要求4中的方法，進(jìn)一步包括以下步驟1)將在后置增強(qiáng)濾波器中的合成語(yǔ)言信號(hào)濾波，實(shí)際上以Z變換表達(dá)式定義則為
這里0.2≤u≤0.5
9.用于產(chǎn)生合成語(yǔ)言信號(hào)的方法，包括下列步驟A)接收含有編碼語(yǔ)言信息的射頻信號(hào);B)從編碼語(yǔ)言信息中再現(xiàn)激勵(lì)信號(hào);C)向LPC濾波器提供激勵(lì)信號(hào);D)從LPC濾波器中得到合成語(yǔ)言信號(hào);E)提供一語(yǔ)言合成后置濾波器，它要求有第一部分和第二部分;F)提供語(yǔ)言合成后置濾波器使用的，含有第一套系數(shù)的第一部分;其特征進(jìn)一步由以下各步驟構(gòu)成G)將第一套系數(shù)中至少一部分變換到替換定義域一套參數(shù);H)處理替換定義域一套參數(shù)，以提供修正過(guò)的第一套系數(shù);I)利用修正過(guò)的第一套系數(shù)提供語(yǔ)言合成后置濾波器用的第二部分;J)用第一部分和第二部分過(guò)濾語(yǔ)言合成后置濾波器中的合成語(yǔ)言信號(hào)，以提供一個(gè)濾了波的合成語(yǔ)言信號(hào)。
10.權(quán)利要求9中的方法，其中LPC濾波器至少部分地由下列表達(dá)式定義1/(1-A(Z))
11.權(quán)利要求9中的方法，其中語(yǔ)言合成后置濾波器的第一部分為下列形式1-A( (Z)/(ν) )如在Z變換表達(dá)式中所表示的那樣。
12.權(quán)利要求11中的方法，其中ν≈0.8。
13.權(quán)利要求9中的方法，進(jìn)一步包括以下步驟1)將在后置增強(qiáng)濾波器中的合成語(yǔ)言信號(hào)濾波，實(shí)際上以Z變換表達(dá)式定義為
這里0.2≤u≤0.5
14.權(quán)利要求1，2，3，4或9的方法中的運(yùn)行步驟還包括放大步驟。
15.權(quán)利要求1，2，3，4或9的方法中的替換定義域一套參數(shù)，是自相關(guān)定義域參數(shù)。
全文摘要
合成語(yǔ)言平臺(tái)中的自適應(yīng)頻譜后置濾波器具有分母特性，此特性與上述的LPC濾波器的階段相一致，并且還具有分子特性，此特性通過(guò)頻譜平滑技術(shù)的應(yīng)用，被開發(fā)成為分母特性的函數(shù)。這就使得分子能夠追蹤分母但不會(huì)帶來(lái)頻譜失真。這種失真，換言之，以有害的方式影響了處理過(guò)程。
文檔編號(hào)G10L19/26GK1051101SQ9010843
公開日1991年5月1日 申請(qǐng)日期1990年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月17日
發(fā)明者伊拉·阿蘭·杰爾森, 馬可·安托尼·賈修可 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司