專(zhuān)利名稱(chēng)：時(shí)域和頻域中的分段快速卷積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理，且特別地，涉及使用有限脈沖響應(yīng)
(FIR)濾波器進(jìn)行音頻信號(hào)的濾波。本發(fā)明特別涉及使用長(zhǎng)的有限脈 沖響應(yīng)濾波器進(jìn)行濾波以用于回聲補(bǔ)償和均衡。
背景技術(shù)：
提高通信系統(tǒng)中所接收信號(hào)的質(zhì)量，是聲音、特別是語(yǔ)音信號(hào)處 理中的中心課題。兩方之間的通信時(shí)常是在噪聲背景環(huán)境下進(jìn)行的， 因而有必要降低噪聲以及進(jìn)行回聲補(bǔ)償以保證清晰度。 一個(gè)突出的實(shí) 例是車(chē)輛中的免提語(yǔ)音通信。
由聲器發(fā)出并因而又被傳聲器接收到的遠(yuǎn)程用戶(hù)信號(hào)的處理是 特別重要的，否則令人不悅的回聲會(huì)嚴(yán)重影響語(yǔ)音會(huì)話的質(zhì)量和清晰 度。在最壞情況下，聲反饋甚至?xí)?dǎo)致通信完全中斷。
為了克服上述問(wèn)題，提供有聲學(xué)回聲補(bǔ)償裝置，其基本上如下工 作。合成聲反饋的副本并且從揚(yáng)聲器的接收信號(hào)中獲得補(bǔ)償信號(hào)。將 此補(bǔ)償信號(hào)從傳聲器的發(fā)送信號(hào)中減除，從而生成將要發(fā)送給遠(yuǎn)程用 戶(hù)的結(jié)果信號(hào)。
此外，為了將傳送信號(hào)的質(zhì)量提高至可接受的水平，例如為了在 免提電話中提高接收到的、由遠(yuǎn)程通信方發(fā)送的語(yǔ)音信號(hào)的清晰度， 音頻信號(hào)的均衡通常是必要的。均衡濾波裝置通常通過(guò)在預(yù)定的頻率 范圍內(nèi)增強(qiáng)或衰減信號(hào)來(lái)處理聲輸入信號(hào)。均衡濾波裝置可包括坡形 (shelving)濾波器，用于選擇性地增強(qiáng)/衰減低頻或高頻范圍，以及峰 值濾波器，用于增強(qiáng)/衰減具有中心頻率的信號(hào)，帶寬的帶內(nèi)和帶外增 益可分別調(diào)整。均衡濾波裝置還可包括參量均衡器，其結(jié)合一個(gè)或多 個(gè)坡形濾波器及峰值濾波器。
目前可用的濾波裝置的一個(gè)主要問(wèn)題在于，為提高處理的音頻信 號(hào)的質(zhì)量而被適應(yīng)或最優(yōu)化的大量的濾波器系數(shù)，這導(dǎo)致信號(hào)處理裝
置很高的存儲(chǔ)器需求和很重的處理器負(fù)荷。在回聲補(bǔ)償濾波裝置的情
況下，采樣率因而時(shí)常被限制于約8kHz，這對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)而言被認(rèn)為
是可容許的極限。
對(duì)于均衡濾波裝置，通常采用無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器，因?yàn)?有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的實(shí)施由于上述原因還未證明是成功的。 均衡主要必須在高頻和中頻范圍內(nèi)進(jìn)行，且必須對(duì)于未降低的采樣率 (例如，約44kHz)以相對(duì)高的精確度實(shí)現(xiàn)以獲得可接受的結(jié)果。因 此，包含許多濾波器系數(shù)的很長(zhǎng)的濾波器就變得必要。然而，F(xiàn)IR濾波 器將會(huì)是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)槔?，它們是無(wú)條件穩(wěn)定濾波器(濾波器輸 出不被反饋)且易于設(shè)計(jì)。
為了解決上述問(wèn)題，已經(jīng)提出使用在扭曲的頻率范圍內(nèi)設(shè)計(jì)的短 濾波器，即所謂的折曲(warped) FIR或IIR濾波器。然而，折曲濾波 器同樣受困于需要長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間。根據(jù)一種替代方案，通過(guò)并行帶通濾 波器在多個(gè)頻率范圍內(nèi)對(duì)待處理的音頻信號(hào)進(jìn)行分隔的多速率數(shù)字系 統(tǒng)或?yàn)V波器組已被用于均衡。然而，這種方案受困于高存儲(chǔ)器需求和 長(zhǎng)等待時(shí)間，S卩，信號(hào)從濾波裝置的輸入到輸出的長(zhǎng)的行程時(shí)間。
盡管近來(lái)有發(fā)展和改進(jìn)，仍然需要改進(jìn)使用FIR濾波裝置對(duì)數(shù)字 信號(hào)進(jìn)行的濾波。因此，本發(fā)明的根本問(wèn)題是要克服上述缺陷，并提 供一種數(shù)字信號(hào)的濾波方法和一種長(zhǎng)的FIR濾波裝置，其具有對(duì)計(jì)算 機(jī)資源的降低的需求和減少的等待時(shí)間。而且，該FIR濾波裝置必須 可容易地適用于給定種類(lèi)的數(shù)字信號(hào)處理器。

發(fā)明內(nèi)容
上述問(wèn)題經(jīng)由在此公開(kāi)的、通過(guò)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波裝置處 理數(shù)字輸入信號(hào)的方法而得以解決。所要求的通過(guò)FIR濾波裝置處理 數(shù)字輸入信號(hào)的方法包含以下步驟
在時(shí)域中至少部分地分割數(shù)字輸入信號(hào)以獲得數(shù)字輸入信號(hào)的至 少兩個(gè)分割部分；
在時(shí)域中分割FIR濾波裝置以獲得FIR濾波裝置的至少兩個(gè)分割 部分；
對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)的至少兩個(gè)分割部分中的每一個(gè)進(jìn)行傅里葉變
換，以獲得傅里葉變換后的信號(hào)分割部分；
對(duì)FIR濾波裝置的至少兩個(gè)分割部分中的每一個(gè)進(jìn)行傅里葉變換， 以獲得傅里葉變換后的濾波器分割部分；
執(zhí)行傅里葉變換后的信號(hào)分割部分和相應(yīng)的傅里葉變換后的濾波 器分割部分的巻積，以獲得頻譜分割部分； 合并頻譜分割部分以獲得總頻譜；以及 對(duì)總頻譜進(jìn)行反傅里葉變換以獲得數(shù)字輸出信號(hào)。 數(shù)字輸入信號(hào)可以是，例如音頻信號(hào)或語(yǔ)音信號(hào)。此公開(kāi)的方法 特別有用于語(yǔ)音信號(hào)處理的場(chǎng)合。基于傅里葉變換，巻積在頻域中被 執(zhí)行(其轉(zhuǎn)化為時(shí)域中所謂的循環(huán)巻積)。將數(shù)字輸入信號(hào)在時(shí)域中通 過(guò)某種延時(shí)濾波(分割延遲線)進(jìn)行分割，并將得到的分割部分進(jìn)行 傅里葉變換以便進(jìn)行巻積。數(shù)字輸入信號(hào)的分割在原則上可通過(guò)包含 用于特定頻率范圍的濾過(guò)器(pass filter)(高通、帶通和低通濾波器) 的濾波器組來(lái)執(zhí)行。優(yōu)選地，傅里葉變換以快速傅里葉變換而被執(zhí)行， 從而產(chǎn)生分段快速巻積。
應(yīng)該注意的是，雖然所公開(kāi)的方法必需包括傅里葉變換的步驟， 但是在濾波處理的過(guò)程中傅里葉變換不必在線地計(jì)算。而是可以對(duì)FIR 濾波器分割部分預(yù)先進(jìn)行傅里葉變換，并將其存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器中。 這特別有用于計(jì)算機(jī)資源有限而外部存儲(chǔ)器充分大的情況。而且，如 果FIR濾波裝置不隨時(shí)間變化，則存儲(chǔ)變換后的濾波器分割部分是有 優(yōu)勢(shì)的。
預(yù)先部分或完全地計(jì)算濾波器分割部分的傅里葉變換以及存儲(chǔ)傅 里葉變換后的濾波器分割部分，可根據(jù)特定應(yīng)用中可用的硬件資源來(lái) 進(jìn)行。
將與時(shí)域中的信號(hào)分割部分相對(duì)應(yīng)的各個(gè)傅里葉變換后的信號(hào)分 割部分X"co)，…，Xp(O))，分別乘以與分割的FIR濾波裝置相對(duì)應(yīng)的各 個(gè)傅里葉變換后的濾波器分割部分FIR^co),…，F(xiàn)IRp(w)。原則上，在
時(shí)域中音頻信號(hào)分割部分的數(shù)目Nx和FIR濾波裝置分割部分的數(shù)目 Nf,r可以不同。為了避免循環(huán)偽信號(hào)(circularartifact),可在傅里葉變 換前，將時(shí)域中的音頻信號(hào)和時(shí)域中的濾波器分割部分填補(bǔ)零，使得 它們各自的長(zhǎng)度分別為Nx + NFIR -1 。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，F(xiàn)IR濾波裝置的分割完全是在時(shí)域中進(jìn)行的。分割
在譜(頻)域中進(jìn)行巻積。這種混合的時(shí)間-頻率處理允許在分別考慮 了時(shí)間和頻率處理的優(yōu)缺點(diǎn)的情況下，在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行實(shí)施。
眾所周知，與循環(huán)或快速巻積相反，時(shí)域中的處理，如通常的巻 積處理的情況那樣，計(jì)算量眾所周知地十分巨大。另一方面，頻域中 的信號(hào)處理受困于巨大的存儲(chǔ)器需求。
對(duì)于給定的硬件資源，本發(fā)明的方法允許通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇所選的
分割長(zhǎng)度，來(lái)最優(yōu)化地使用可用的計(jì)算機(jī)資源，來(lái)用長(zhǎng)的FIR濾波裝 置進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的濾波?？梢圆捎脤?duì)于現(xiàn)有技術(shù)的濾波方法在處理器 負(fù)荷和/或存儲(chǔ)器需求方面不可行的濾波器長(zhǎng)度。
此外，根據(jù)本發(fā)明的方法的信號(hào)處理的等待時(shí)間以及內(nèi)部存儲(chǔ)器 需求和處理器負(fù)荷，可通過(guò)快速傅里葉變換(FFT)的長(zhǎng)度進(jìn)行控制。 等待時(shí)間由所采用的FFT的長(zhǎng)度的兩倍給定。內(nèi)部存儲(chǔ)器需求與FFT 長(zhǎng)度成比例地增加，并大約為FFT長(zhǎng)度的四倍。處理器負(fù)荷隨FFT長(zhǎng) 度的減小而增加。
根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施例，將數(shù)字輸入信號(hào)在時(shí)域中部分地 分割以獲得輸入信號(hào)的分割部分，隨后對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換并在譜域 中部分地分割。根據(jù)這一實(shí)施例，可以執(zhí)行時(shí)域和譜域中的數(shù)字輸入 信號(hào)的組合的分段快速巻積，其允許根據(jù)可用的計(jì)算機(jī)資源分別在時(shí) 域和譜域中選擇分割部分的數(shù)目。 一方面，在時(shí)域中的分割部分的數(shù) 目可以選擇為使得對(duì)于高效的信號(hào)處理而言計(jì)算時(shí)間可被接受(而不 會(huì)產(chǎn)生聽(tīng)得見(jiàn)的偽信號(hào))。另一方面，在譜域中的分割部分(復(fù)值)的 數(shù)目可以選擇為使得對(duì)存儲(chǔ)器的需求不超過(guò)可用的存儲(chǔ)器資源和/或用 于數(shù)據(jù)傳遞的接口的能力。在時(shí)域和譜域中的分割部分的分配(分布) 可以被自動(dòng)地控制或由用戶(hù)控制。
在上述實(shí)施例中，可在時(shí)域中將數(shù)字輸入信號(hào)有利地分割成塊， 并可通過(guò)重疊保留塊巻積來(lái)執(zhí)行巻積?？蓪?shù)字輸入信號(hào)分割成具有 相等尺寸的塊以進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，或者可選地，分割成具有不同尺寸 的塊。盡管較短的塊可提供相對(duì)低的等待時(shí)間，但是較長(zhǎng)的塊可在處 理功率方面使巻積總體上更經(jīng)濟(jì)一些。
根據(jù)重疊保留塊巻積，將長(zhǎng)的數(shù)字輸入信號(hào)分割成具有A個(gè)樣本
的連續(xù)的塊，每個(gè)塊與前面的塊重疊N^個(gè)樣本。通過(guò)FIR濾波裝置 執(zhí)行每個(gè)塊的循環(huán)巻積。將每個(gè)輸出塊中的前NnB-1個(gè)點(diǎn)丟棄，并將 剩余的點(diǎn)串接以產(chǎn)生輸出信號(hào)。通常將使用50%的重疊，其為最大允 許的尺寸且對(duì)應(yīng)于臨界采樣庫(kù)(critically sampled bank)。
替代重疊保留法，可使用代表特別簡(jiǎn)單的塊濾波法的重疊相加法。 如果在頻域中使用重疊相加方案，則一致的塊尺寸提供了性能優(yōu)化的 可能性。然而，只有在FIR濾波裝置的脈沖響應(yīng)短于塊長(zhǎng)度Nx時(shí)，重 疊相加法才是實(shí)用的。
此外，特別地，通過(guò)快速巻積獲得的總頻譜，可通過(guò)僅使用半數(shù) 的傅里葉變換后的濾波器分割部分的傅里葉分量來(lái)獲得。因此，能夠 實(shí)現(xiàn)高效處理。
在這里公開(kāi)的方法的一個(gè)特別高效的實(shí)現(xiàn)方案中，傅里葉變換后 的信號(hào)分割部分和傅里葉變換后的濾波器分割部分全部具有相同的帶 寬，且中心頻率分布在等距離的離散頻率柵上。計(jì)算中心頻率的分布 的更復(fù)雜的算法是可能的，并可取決于實(shí)際應(yīng)用而被應(yīng)用。
應(yīng)該注意的是，作為本發(fā)明方法的上述實(shí)施例的替代，在時(shí)域中 通過(guò)抽取濾波器組，特別是臨界抽取濾波器組實(shí)現(xiàn)FIR濾波是可以實(shí) 現(xiàn)的。
本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包含一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī) 可讀介質(zhì)，該一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有執(zhí)行本發(fā)明方法的上述 實(shí)例的各步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
上述問(wèn)題也通過(guò)一種用于處理數(shù)字輸入信號(hào)，特別是音頻信號(hào)或 語(yǔ)音信號(hào)的信號(hào)處理裝置得以解決。該信號(hào)處理裝置包括
傅里葉變換裝置，其被配置成對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行(快速)傅里 葉變換；
FIR濾波裝置，其在時(shí)域中被分割并被配置成通過(guò)快速巻積對(duì)數(shù)字 輸入信號(hào)進(jìn)行濾波以獲得頻譜分割部分；
加法器，其被配置成計(jì)算頻譜分割部分的總和；以及
反傅里葉變換裝置，其被配置成對(duì)相加的頻譜分割部分進(jìn)行反傅 里葉變換以在時(shí)域中獲得數(shù)字輸出信號(hào)。
FIR濾波裝置，其通過(guò)將傅里葉變換后的信號(hào)分割部分與相同頻率
范圍的相應(yīng)的傅里葉變換后的濾波器分割部分進(jìn)行巻積，來(lái)執(zhí)行數(shù)字 輸入信號(hào)的濾波。
信號(hào)處理裝置還可包括塊分割裝置，其被配置成將數(shù)字輸入信號(hào) 分割成具有相等或不同尺寸的塊，且可將FIR濾波裝置有利地配置成 執(zhí)行重疊保留塊巻積。
根據(jù)信號(hào)處理裝置的一個(gè)實(shí)施例，將傅里葉變換裝置配置成對(duì)在 時(shí)域中被分割的數(shù)字輸入信號(hào)的每個(gè)分割部分分別進(jìn)行快速傅里葉變 換，以獲得傅里葉變換后的信號(hào)分割部分。因?yàn)楦鶕?jù)此實(shí)施例，可從 外部存儲(chǔ)裝置將每個(gè)分割部分分別取出，所以可節(jié)省昂貴的內(nèi)部存儲(chǔ)
器。因?yàn)樵诖饲闆r下多個(gè)FFT是必需的，所以計(jì)算時(shí)間增加，并且與 外部存儲(chǔ)器的快速接口也是必需的。
本發(fā)明的信號(hào)處理裝置的上述實(shí)例，在使之可適用的情況下，可 有利地用于均衡濾波裝置及回聲補(bǔ)償濾波裝置中。特別地，均衡濾波 裝置可用于實(shí)現(xiàn)與長(zhǎng)的固定的FIR濾波器的靜態(tài)巻積，其具有可調(diào)整 的等待時(shí)間。
此外，本發(fā)明還提供了免提設(shè)備、語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)和語(yǔ)音對(duì)話系統(tǒng)， 它們分別包含了根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理裝置的上述實(shí)例之一。語(yǔ)音識(shí) 別系統(tǒng)是通過(guò)分析相應(yīng)的數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)來(lái)識(shí)別話語(yǔ)的裝置。語(yǔ)音 對(duì)話系統(tǒng)包括用于處理語(yǔ)音輸入的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，并且還包括合成語(yǔ) 音輸出裝置。


將參考附圖對(duì)本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行說(shuō)明。在說(shuō)明書(shū)中， 參考的附圖是為了說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)該理解，這些實(shí)施例 并不代表本發(fā)明的全部范圍。
圖1示出了在此公開(kāi)的、用于處理數(shù)字輸入信號(hào)的方法的一個(gè)實(shí) 例的基本組成部分，該方法包括在時(shí)域中對(duì)FIR濾波裝置的分割。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明、通過(guò)數(shù)字輸入信號(hào)的分段快速巻積的一 個(gè)實(shí)例處理數(shù)字輸入信號(hào)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明、通過(guò)數(shù)字輸入信號(hào)的分段快速巻積的另 一個(gè)實(shí)例處理數(shù)字輸入信號(hào)。
圖4示出了通過(guò)在時(shí)域和譜域中的組合的分段快速巻積處理數(shù)字 輸入信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，音頻信號(hào)的回聲補(bǔ)償或均衡可通過(guò)FIR濾波裝置來(lái) 進(jìn)行，即使是在為了獲得質(zhì)量令人滿(mǎn)意的聲音或語(yǔ)音信號(hào)而必須采用 大量的濾波器系數(shù)時(shí)。在此公開(kāi)的方法包含頻域中的數(shù)字輸入信號(hào)的 巻積。如圖1中所示，使下標(biāo)為整數(shù)i的輸入信號(hào)的分割部分Xi[n]經(jīng)歷 快速傅里葉變換FFT，以獲得預(yù)定頻率范圍的傅里葉變換后的信號(hào)分 割部分Xj(o))。
本發(fā)明的一個(gè)主要方面在于，將HR濾波器在時(shí)域中完全分割以 獲得濾波器分割部分FIRj[n]。根據(jù)本實(shí)例，選擇相等數(shù)目的濾波器分 割部分FIRj[n]和信號(hào)分割部分Xi(w)。利用長(zhǎng)的FIR濾波裝置的巻積， 可通過(guò)多個(gè)基本的、與各自濾波器分割部分的快速巻積來(lái)執(zhí)行。
不依賴(lài)于FIR濾波器系數(shù)的數(shù)目，等待時(shí)間由所選擇的FFT的長(zhǎng) 度決定。實(shí)際上，等待時(shí)間由FFT長(zhǎng)度的兩倍給定。為了進(jìn)行快速巻 積，對(duì)濾波器分割部分FIRj[n]進(jìn)行快速傅里葉變換，以獲得傅里葉變 換后的濾波器分割部分FIRj(W):
wP-1 /
FIR = Zx[ne鄧
w=0
2訂i
NF
乂
FFT算法以O(shè)(Nf log Np)步運(yùn)算計(jì)算以上總和。在實(shí)踐中，可通 過(guò)例如Cooley-Tukey算法執(zhí)行FFT。
將傅里葉變換后的信號(hào)分割部分Xi(oj)與相應(yīng)的傅里葉變換后的 濾波器分割部分FIRi(w)進(jìn)行巻積，以獲得各個(gè)巻積處理的結(jié)果Yi(co)， 如圖1中所示。隨后，通過(guò)計(jì)算信號(hào)Yj(co)的總和并對(duì)所得到的總信號(hào) 進(jìn)行反快速傅里葉變換，得到了作為信號(hào)處理的結(jié)果而獲得的、期望 的輸出信號(hào)y[n]。信號(hào)處理的等待時(shí)間可由FFT的長(zhǎng)度，即Np來(lái)控制。 以符號(hào)表示法描述，期望的輸出信號(hào)由以下等式獲得
12
少["]=IFFT(JO》及7^) = ;}^^) = ; X,^).F化如)
其中IFFT表示反快速傅里葉變換。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的分段快速巻積方法的一個(gè)實(shí)例。通過(guò)重 疊保留法進(jìn)行信息塊的快速巻積。有關(guān)重疊保留FFT的詳細(xì)內(nèi)容可在 例如以下文獻(xiàn)中查至U: 7T eo/y a/iof app//caf/'ons of c//gf/te/ s/gr/ a/ pracess/'ngr, Rabiner, L. and Gold, B.， Englewood Cliffs, NJ， Prentice-Hall, 1975。
將輸入音頻信號(hào)x[n]分割成塊。將進(jìn)入的塊順序串接10以便處理。 將進(jìn)入的塊進(jìn)行快速傅里葉變換12以獲得傅里葉變換后的信號(hào)分割部 分Xi(co)。各個(gè)傅里葉變換后的信號(hào)分割部分Xi(w)， i = 1，...， p,代表 時(shí)域中的各個(gè)信號(hào)分割部分的頻譜表示，且因此可通過(guò)頻域中的延遲 濾波13而獲得。
對(duì)在時(shí)域中被分割的FIR濾波裝置的分割部分進(jìn)行快速傅里葉變 換14以獲得傅里葉變換后的濾波器分割部分FIRi(co)， i = 1,...，p。各 個(gè)傅里葉變換后的信號(hào)分割部分Xi(w)與相應(yīng)的傅里葉變換后的濾波 器分割部分FIRi(co)進(jìn)行巻積15，并對(duì)結(jié)果Yi(w)計(jì)算總和16以獲得 總頻譜Y(cj)。根據(jù)本實(shí)例，總頻譜Y(w)是具有一半FFT長(zhǎng)度的輸入 信號(hào)塊與在時(shí)域中被分割的整個(gè)FIR濾波裝置的快速巻積的結(jié)果。
輸出信號(hào)y[n]是通過(guò)Y(o))的反快速傅里葉變換(IFFT) 17以及保 留由IFFT獲得的輸出塊的第二個(gè)半部分18而獲得的。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的分段快速巻積方法的上述實(shí)例的一個(gè)可 選實(shí)施例。在此實(shí)例中，數(shù)字輸入信號(hào)x[n]的分割不是由FFT濾波裝 置自身執(zhí)行的，而是通過(guò)前述的分割延遲線來(lái)進(jìn)行的。因此，對(duì)數(shù)字 輸入信號(hào)x[n]的每個(gè)分割部分執(zhí)行FFT。進(jìn)一步的處理如以上參照?qǐng)D2 所述進(jìn)行。
與采用數(shù)字輸入信號(hào)的一個(gè)單一的FFT的實(shí)例(見(jiàn)圖2)相反， 多個(gè)FFT是必需的。因此，計(jì)算時(shí)間增加并且與外部存儲(chǔ)器的快速接 口是必要的。另一方面，可以降低內(nèi)部存儲(chǔ)器的成本，因?yàn)閷⒚總€(gè)分 割部分分別從外部存儲(chǔ)器中取出，隨后載入內(nèi)部存儲(chǔ)器中。取決于可 用的硬件資源，可以從上述兩種可選方案中進(jìn)行選擇。這說(shuō)明了本發(fā) 明的分段快速巻積方法的靈活性。
值得注意的是，可預(yù)先將信號(hào)分割部分進(jìn)行傅里葉變換并可將傅 里葉變換后的信號(hào)分割部分存儲(chǔ)，如果在特定的信號(hào)處理情況下，需 將相對(duì)小的數(shù)目的輸入信號(hào)與相對(duì)大的數(shù)目的FIR濾波器進(jìn)行巻積， 則這將是有利的。
圖4中示出了時(shí)域和譜域中的數(shù)字輸入信號(hào)x[n]的組合分割。與 圖3中所示的實(shí)例不同，只將部分?jǐn)?shù)字輸入信號(hào)x[n]通過(guò)延時(shí)濾波在 時(shí)域中進(jìn)行分割。一方面，將輸入信號(hào)x[n]的T個(gè)分割部分xJn], ...， xT[n] 分別進(jìn)行快速傅里葉變換，以獲得T個(gè)傅里葉變換后的信號(hào)分割部分 Xt(w)。另一方面，將輸入信號(hào)的S個(gè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)傅里葉變換 的部分在譜域中進(jìn)行分割，以獲得S個(gè)譜域中的分割部分XT+Uco)，...， XT+s(co)。然后將傅里葉變換后的信號(hào)分割部分X"cj)，…，Xt+s(w)與相 應(yīng)的傅里葉變換后的濾波器分割部分FIR"cj)， ...， FIRT+s(w)進(jìn)行巻積， 并且將結(jié)果Y"w),…，丫t+s(cj)相加以獲得總頻譜Y(cj)。
權(quán)利要求
1.通過(guò)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波裝置處理數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])的方法，包括在時(shí)域中至少部分地分割所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])以獲得所述數(shù)字輸入信號(hào)的至少兩個(gè)分割部分(xi[n])；在時(shí)域中分割所述FIR濾波裝置以獲得所述FIR濾波裝置的至少兩個(gè)分割部分(FIRi[n])；對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])的所述至少兩個(gè)分割部分(xi[n])中的每一個(gè)進(jìn)行傅里葉變換，以獲得傅里葉變換后的信號(hào)分割部分(Xi(ω))；對(duì)所述FIR濾波裝置的所述至少兩個(gè)分割部分(FIRi[n])中的每一個(gè)進(jìn)行傅里葉變換(14)，以獲得傅里葉變換后的濾波器分割部分(FIRi(ω))；執(zhí)行所述傅里葉變換后的信號(hào)分割部分(Xi(ω))和相應(yīng)的傅里葉變換后的濾波器分割部分(FIRi(ω))的卷積(15)，以獲得頻譜分割部分(Yi(ω))；合并(16)所述頻譜分割部分(Yi(ω))以獲得總頻譜(Y(ω))；以及對(duì)所述總頻譜(Y(ω))進(jìn)行反傅里葉變換(17)以獲得數(shù)字輸出信號(hào)(y[n])。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中在時(shí)域中分割所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])的第一部分以獲得所述數(shù) 字輸入信號(hào)的T個(gè)分割部分(xT[n])，對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)的T個(gè)分割 部分(xT[n])進(jìn)行傅里葉變換以獲得傅里葉變換后的信號(hào)分割部分(X丁M)，其中T為整數(shù)；對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])的不同于所述第一部分的第二部分進(jìn) 行傅里葉變換，并分割傅里葉變換后的第二部分以獲得S個(gè)傅里葉變 換后的信號(hào)分割部分(Xs(co))，其中S為整數(shù)；并且執(zhí)行所述T個(gè)和S個(gè)傅里葉變換后的信號(hào)分割部分(Xt(co),Xs(w))與相應(yīng)的傅里葉變換后的濾波器分割部分(FIRt(o))， FIRs(co)) 的巻積(15)，以獲得頻譜分割部分(Y"w), ...,YT+S(w))，將所述頻譜 分割部分(Y"w),…，YT+S(w))合并以獲得總頻譜(Y(oj))，對(duì)所述總 頻譜(Y(co))進(jìn)行反傅里葉變換以獲得所述數(shù)字輸出信號(hào)(y[n])。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中將所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n]) 在時(shí)域中分割成塊，并通過(guò)重疊保留塊巻積來(lái)執(zhí)行所述巻積。
4. 如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述總頻譜 (Y(cj))是通過(guò)使用半數(shù)的所述傅里葉變換后的濾波器分割部分的傅里葉分量來(lái)獲得的。
5. 如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述傅里葉變換 后的信號(hào)分割部分(Xi(cj))和所述傅里葉變換后的濾波器分割部分(Yi(cj))全部具有相同的帶寬，并且中心頻率分布在等距離的離散頻
6. 計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包含一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述一個(gè) 或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有執(zhí)行如權(quán)利要求l-5中的任一項(xiàng)所述的方法的各步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
7. 用于處理數(shù)字輸入信號(hào)，特別是音頻信號(hào)或語(yǔ)音信號(hào)的信號(hào)處 理裝置，包括分割裝置，其被配置成在時(shí)域中至少部分地分割所述數(shù)字輸入信 號(hào)(x[n])以獲得所述數(shù)字輸入信號(hào)的至少兩個(gè)分割部分(Xj[n]);傅里葉變換裝置(12)，其被配置成對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n]) 的所述分割部分(Xj[n])中的每一個(gè)分別進(jìn)行傅里葉變換，以獲得傅里 葉變換后的信號(hào)分割部分(Xi(W));FIR濾波裝置，其在時(shí)域中被分割并被配置成，通過(guò)執(zhí)行所述傅里 葉變換后的信號(hào)分割部分(Xi(co))和相應(yīng)的傅里葉變換后的濾波器分 割部分(FIRj(w))的巻積(15)以獲得頻譜分割部分(Yi(co))，來(lái)對(duì) 所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])進(jìn)行濾波；加法器(16)，其被配置成計(jì)算所述頻譜分割部分(Yi(cj))的總和;以及反傅里葉變換裝置(17)，其被配置成對(duì)相加的頻譜分割部分進(jìn)行反傅里葉變換以獲得時(shí)域中的數(shù)字輸出信號(hào)(y[n])。
8. 如權(quán)利要求7所述的信號(hào)處理裝置，其中 所述分割裝置被配置成，在時(shí)域中分割所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n〗)的第一部分以獲得所述數(shù)字輸入信號(hào)的T個(gè)分割部分(xt[n])，其中T 為整數(shù)；所述傅里葉變換裝置(12)被配置成，對(duì)所述T個(gè)分割部分(xT[n]) 中的每一個(gè)進(jìn)行傅里葉變換以獲得傅里葉變換后的信號(hào)分割部分 (Xt(cj))，并將所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])的不同于所述第一部分的第 二部分進(jìn)行傅里葉變換；所述分割裝置還被配置成，分割傅里葉變換后的所述數(shù)字輸入信 號(hào)(x[n])的第二部分以獲得S個(gè)傅里葉變換后的信號(hào)分割部分 (Xs(w))，其中S為整數(shù)；所述FIR濾波裝置被配置成，通過(guò)執(zhí)行所述T個(gè)和S個(gè)傅里葉變 換后的信號(hào)分割部分(Xt(co)， Xs(uj))與相應(yīng)的傅里葉變換后的濾波 器分割部分(FIRt(o)), FIRs(cj))的巻積(15)，以獲得頻譜分割部分 (Y"cj),…，丫T+s(w))，來(lái)對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])進(jìn)行濾波； 所述加法器(16)被配置成，計(jì)算所述頻譜分割部分(Y"cj)，丫t+s(u)))的總和；并且所述反傅里葉變換裝置(17)被配置成，對(duì)所述頻譜分割部分 (Y"cj),…，Yt+s(cj))的所述總和進(jìn)行反傅里葉變換以獲得所述數(shù)字輸 出信號(hào)(y[n])。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的信號(hào)處理裝置，還包括塊分割裝置， 所述塊分割裝置被配置成將所述數(shù)字輸入信號(hào)(x[n])分割成具有相等 或不同尺寸的塊，并且其中，所述FIR濾波裝置被配置成執(zhí)行重疊保 留塊巻積。
10. 免提設(shè)備，包括如權(quán)利要求7-9中的任一項(xiàng)所述的信號(hào)處理裝置。
11. 語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)或語(yǔ)音對(duì)話系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求7-9中的任一 項(xiàng)所述的信號(hào)處理裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波裝置處理數(shù)字輸入信號(hào)的方法，包括在時(shí)域中至少部分地分割數(shù)字輸入信號(hào)以獲得數(shù)字輸入信號(hào)的至少兩個(gè)分割部分；在時(shí)域中分割FIR濾波裝置以獲得FIR濾波裝置的至少兩個(gè)分割部分；對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)的至少兩個(gè)分割部分中的每一個(gè)進(jìn)行傅里葉變換，以獲得傅里葉變換后的信號(hào)分割部分；對(duì)FIR濾波裝置的至少兩個(gè)分割部分中的每一個(gè)進(jìn)行傅里葉變換，以獲得傅里葉變換后的濾波器分割部分；執(zhí)行傅里葉變換后的信號(hào)分割部分和相應(yīng)的傅里葉變換后的濾波器分割部分的卷積，以獲得頻譜分割部分；合并頻譜分割部分以獲得總頻譜；以及對(duì)總頻譜進(jìn)行反傅里葉變換以獲得數(shù)字輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)H03M13/25GK101106384SQ20071013620
公開(kāi)日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者M·克里斯托夫 申請(qǐng)人:哈曼貝克自動(dòng)系統(tǒng)股份有限公司