高频杂音处理方法及分析方法

专利名称：高频杂音处理方法及分析方法
技术领域：
本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种判断语音杂音的 方法。
背景技术：
现有的移动网络的主要组成部分有移动终端(MS),基站 (BTS),基站控制器(BSC),移动交换中心(MSC)以及其他传 输设备。具体涉及到语音业务处理的主要为BTS和BSC。 BTS主 要包括射频系统和信道单元，射频系统完成射频和基带信号的转换， 信道单元完成基带信号的调制解调功能。BSC主要完成业务的适配 功能，包括无限呼叫信令的处理，资源的管理分配以及语音数据业 务的适配处J里等功能。TRAU ( Transcoder and rate Adapter Unit,石马 型转换速率适配单元)内置于BSC上，用来完成语音信号的编解码 以及速率适配等功能。如图l所示，GSM的语音业务， 一般上行的流程是MS通过空 口将数据传递给BTS,而BTS在解调后由CCU单元(Channel Coder Unit,信道编解码单元)通过Abis接口送至BSC的TRAU单元， TRAU解码后将语音数据送至MSC;下行方向则是MSC将交换过 程的凄t据送至TRAU单元，TRAU编码之后再通过Abis 4妄口送至 CCU单元，BTS在CCU单元中取得语音序列调制后，通过空口送 到终端。Abis接口主要传输TRAU帧数据，其数据传输速率分为两 种 一种是全速率16Kbit/s，每20ms传$# 320bits; —种是半速率8Kbit/s，每20ms传输160bits。 TRAU帧数据包含控制位、同步位 和凄t据位。在进4于i吾音业务传输时，TRAU帧数据主要包含语音序 歹'J参数。在3G移动通信系统中，基站控制器中码型转换主要是通过TC (码型转换器)单元来完成的。目前语音业务的异常主要体现在双向无声、单通、背景噪声、 高频杂音等方面。其中双向无声、单通以及背景噪声的排查定位工 作有相关的方法。而语音中出现高频杂音，特别是随机的高频杂音， 还没有相应的定位分析手^更。所谓高频杂音，就是杂音的频率超过 普通语音的频率。语音一般分为清音和浊音，清音认为是一种噪音 信号，而浊音则是一种有一定周期的信号。 一般来讲，清音信号能 量相对浊音要弱很多。由于语音信号是一种不平稳的信号，浊音信 号的周期随着时间的变化而不同。在某个时间l殳内，浊音的周期可 以i人为不变，即浊音的基音频率保持不变。通常典型的，浊音的基 音频率一般在50Hz到500Hz之间。而人耳感官可接受的浊音的基 音频率在1000Hz以内。如果超过1000Hz以上的周期性信号，人将 会感觉一种比较尖锐的声音。如果通信系统中存在这样的声音，人 将感到严重的不适。特别是如果系统中存在这样随机的高频杂音， 如何定位并分析这样的杂音是趋待解决的问题。发明内容本发明的目的在于才是供一种高频杂音处理方法及分析方法，定 位包含在正常语音数据中的高频杂音，并录制出数据源，进而对出 现高频杂音的原因进行分析，从而将出现问题解决。本发明的高频杂音处理方法包括步-骤S202,冲妄收端对4妄收到 的语音数据进行短时能量分析并将得到语音数据的短时能量与能量阈值进行比较，如果语音数据的短时能量大于能量阈值，则语音数据为浊音信号，否则为清音信号；步骤S204，对浊音信号进行基音 频率分析并将得到的浊音信号的基音频率与基音频率阈值进行比 较，如果浊音信号的基音频率大于基音频率阈值，则浊音信号为高 频杂音信号，否则为正常浊音信号；步骤S206,提取所述高频杂音 信号并进4于处理。其中，在步骤S202中，在对语音数据进行短时能量分析之前， 对语音数据进行能量规一化处理。在步骤S204中，使用快速傅立叶 变换对浊音信号进行基音频率分析。在步骤S206中，分别才是耳又和保 存每次出现的高频杂音信号。在保存高频杂音信号的同时，保存高频杂音信号前后n帧正常 的语音信号，其中n小于或等于30。本发明的高频杂音分析方法包括步骤S602,接收端对接收到 的语音数据进行分析，判断接收到的语音数据中是否存在高频杂音 信号，并4是耳又高频杂音信号；步骤S604， 4妄收端对才是耳又的高频杂音 信号和相关信息进行分析。在步骤S604中，高频杂音信号的相关信息包括以下至少之一 通过上行Abis接口传输的码型转换速率适配单元帧数据、解码后的 语音数据、编码语音H据以及编码后语音序列。在分析高频杂音信号时如果是上行方向的高频杂音信号，则 分析通过上4于Abis 4妄口传输的码型转换速率适配单元帧和解码后 的语音数据；如果是下4t方向的高频杂音信号，则分析编码语音数 才居以及编石马后i吾音序列。通过本发明^是供的高频杂音处理方法及分析方法，能够判断正 常语音信号中的高频杂音，并录制出凄t据源，进而对出现高频杂音 的原因进行分析，从而将出现问题解决。


此处所说明的附图用来^是供对本发明的进一步理解，构成本申 请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中 图1是GSM系统数据传输的框图； 图2是本发明的高频杂音处理方法的步骤流程图； 图3是GSM系统中DSP衫d牛与PC衫^N妄口关系示意图； 图4是本发明的判断浊音信号的步骤流程图； 图5是本发明的判断高频杂音的步骤流程图； 图6是本发明的高频杂音分析方法的步骤流程图；以及 图7是本发明的高频杂音分析方法的具体实施例的流程图。
具体实施方式
下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式
。 本发明的高频杂音处理方法，如图2所示，包括步骤S202，接收端对一妻收到的语音ft据进行短时能量分析并将 得到语音数据的短时能量与能量阈值进行比较，如果语音数据的短 时能量大于能量阈值，则语音数据为浊音信号，否则为清音信号。步骤S204,对浊音信号进行基音频率分析并将得到的浊音信号 的基音频率与基音频率阈值进行比较，如果浊音信号的基音频率大 于基音频率阈值，则浊音信号为高频杂音信号，否则为正常浊音信 号。步骤S206, 一是耳又所述高频杂音信号并进行处理。在GSM系统中采样率为8KHz，每20ms语音数据，则含有160 个数据。图3是TRAU单元将数据传输到PC侧的一个接口示意图。 TRAU侧4欠件主要实现对语音信号进4于编解码和速率转换，一4殳实 现的石更件通常为DSP (凄t字信号处理器)。HOST (主控)侧软件主 要是对DSP侧软件进行控制的。而PC侧软件主要用来对DSP侧软 件进行数据录制以及语音信号分析。首先，DSP侧软件将每20ms 进行解码处理得到的语音数据以及Abis接口送过来的TRAU帧， 同时将下行编码的语音数据以及产生的TRAU帧送到HOST侧软 件。HOST与DSP两者通过HPI (Host Port Interface,主控端4妄口 ) 接口进行通信，当HOST才企测到DSP有数据消息时，HOST将HPI 口的数据取走，同时将该数据通过网络SOCKET (套接字)接口送 到PC侧。PC侧发现HOST侧有数据消息，将数据从HOST那边取 走。这时，PC侧将得到相应的数据信息，包括解码后的语音数据， 上行Abis接口的TRAU帧数据；编码的语音数据，编码后语音序 列；其他lt据信息。语音凄t据的清音浊音的判别方法如图4所示，由于清音的能量 与浊音的能量相差^艮大，清音和浊音通过短时能量来进4于区分，短 时能量分析主要是通过求语音信号的能量均值，具体包括以下步骤步骤S402，由lt据采才羊bitlt对语音凄t据进行归一化处理，短 时能量值跟采样的比特数有关，采用能量规一化来处理。步骤S404,对语音数据进行平方求和，即对N个数据进行平 方然后再求均值，得到语音信号的能量表示。步骤S406，除以教:据点:数求的平均能量即如果是采用16bit(比 特)有符号来表示，则在做短时能量之前，将语音数据除以32768 (2的15次幂)。步骤S408，将语音数据能量转化成分贝形式，使用对数101ogE 来表示信号能量，E表示归一化后所得语音数据能量值。步骤S410,判断语音数据是否为浊音信号将语音数据能量值 与阈值进行比较，阈值通过统计计算设定为-50dB，如果计算得到的 能量均值大于-50dB,则认为是浊音信号，如果计算得到的能量均值 小于等于-50dB,则i人为是清音。图5是语音的基音频率的估计方法。采用快速^f專立叶(FFT) 估计方法。为了获得更好的基音频率估计的^青度，采用2048个FFT 点估计。估计的过禾呈包4舌以下步-骤步骤S502,对160个采样数据进行2048个点的FFT变换，得 到相关语音数据的频域信息。步骤S504,由于FFT的性质，数据有冗余部分，只需要取FFT 变换后的前半部分数据，即前面1024个点，寻找前半部分数据幅度 的最大值，得到其相对应的索引n, n的耳又^f直范围为0Sn^1023。步骤S506，对于采样率为8KHz的语音信号，使用如下公式计 算其相应的频率f0 = fs + 2 x n +1024 = 4000 x n + 1024 = 4 x n(Hz),其中，fs为采样频率。步骤S508,判断语音数据是否为高频杂音信号，如杲语音^t才居 的基音频率大于lOOOHz，则认为是高频杂音信号，否则是正常浊音 信号。本发明的高频杂音分析方法，如图6所示，包括步骤S602, 接收端对接收到的语音数据进行分析，判断接收到的语音数据中是 否存在高频杂音信号，并换:耳又高频杂音信号。步骤S604，接收端7于 提取的高频杂音信号和相关信息进行分析。图7是高频杂音分析流程图，如果每次对这些数据都进行录制， 而每20ms —次。这样数据显然非常庞大，而正常的语音数据对于 这种高频杂音问题，益处不是很大，为此需要对这些数据进行分析。 对于需要的数据信息，进行录制以便后续进行分析。在GSM系统 中采样率为8KHz,每20ms语音凄史据，则含有160个凄史据。具体步 4聚如下步骤S702,将语音数据和相关的数据源数据从DSP传输至PC侧。步骤S704,将判断为高频杂音的语音数据进行录制。步-骤S706,保存高频杂音信号以及的相关凄t据^言息。步骤S708，分析产生高频杂音的原因。对于上行而言，需要将 CCU传输过来的TRAU帧纪录下来。如果是下行，则需要将TRAU 编码所需要的一些语音历史凄t据以及产生的TRAU帧记录下来。为了进行高频信号的分析，在录制数据的过程中，需要将高频 信号前后的10帧正常的语音lt据也相应进行录制。具体的方法可以为在录制前面IO帧教:据时，采用一个循环纟爰冲区，大小为每次录 制数据大小的10倍。数据緩沖区不断保存来自TRAU侧的信息， 数据保存指针ptl不断指向緩沖区最新保存数据的信息。当发现出 现高频信息，数据录制指针pt2则指向最新数据的下一个位置，即 pt2 = ptl + l。当数据已经录制了緩沖区pt2处内容时，最新的数据再 往下进行更新。如果需要录制高频部分后面10帧数据，则更简单， 当判别不是高频信号时，pt2录制IO次后不再进行录制。在进行纪录时，可以采用读写文件的形式将其保存下来。同时 需要注意的是，数据的保存每段产生的高频杂音信号需要分别区分 进行保存。即如果连续录制了一段高频信号的相关数据之后，过了 一段时间之后，又出现了一段高频信号的数据，需要将其分类进行 保存，以利于能够有效的进行数据分析。录制的工作基本上可以保证将产生高频信号所需要的信息录制 下来，接下来的工作就是对原因进行分析。可以通过语音回放再次 确定该段信息是否产生了包含高频信号。如果包含高频杂音，则对 其相关的信息进行分析。如果是上行方向，则可以对Abis接口传输 过来的TRAU帧进行分析出现了高频信号的原因；主要乂人两个方面 入手， 一为是否在BTS那将TRAU帧数据填充错误，二为是否TRAU 单元将lt据解码错-i吴。如果是下行方向，则对对编码的i吾音数据和 编码序列进4于分对斤；主要体现为TRAU单元上游部件产生了高频杂 音数据。本方法主要是通过GSM系统来进行描述。实际上，对于其他 的通信系统，WCDMA， TD-SCDMA等，在i吾音编解码处理单元， 本方法同才羊是适用的。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高频杂音处理方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一，接收端对接收到的语音数据进行短时能量分析并将得到所述语音数据的短时能量与能量阈值进行比较，如果所述语音数据的短时能量大于所述能量阈值，则所述语音数据为浊音信号，否则为清音信号；步骤二，对所述浊音信号进行基音频率分析并将得到的所述浊音信号的基音频率与基音频率阈值进行比较，如果所述浊音信号的基音频率大于所述基音频率阈值，则所述浊音信号为高频杂音信号，否则为正常浊音信号；以及步骤三，提取所述高频杂音信号并进行处理。
2. 才艮据权利要求1所述的高频杂音处理方法，其特征在于，在步 骤一中，在对所述语音ft据进行所述短时能量分析之前，对所 述语音数据进行能量规一化处理。
3. 根据权利要求2所述的高频杂音处理方法，其特征在于，在步 骤二中，使用快速傅立叶变换对所述浊音信号进行基音频率分析。
4. 才艮据—又利要求3所述的高频杂音处理方法，其特征在于，在步 骤三中，分别提取和保存每次出现的所述高频杂音信号。
5. 才艮据^又利要求4所述的高频杂音处理方法，其特征在于，在保 存所述高频杂音信号的同时，保存所述高频杂音信号前后n帧 正常的语音信号，其中n小于或等于30。固件的侧视图；图9B是紧固件的局部放大视图；图9C是相应于共鸣箱的高音域部分的其中 一个发声构件的侧视图； 图9D是相应于共鸣箱的中音域部分的其中一个发声构件的侧碎见图； 图9E是相应于共鸣箱的低音域部分的其中一个发声构件的侧视图； 图10是图6所示的中音域部分的局部放大视图； 图11是用于将发声构件安装到共鸣箱上的支承绳缆的外视图； 图12是沿图10中的B-B线取的局部剖视图；图13是示出了根据本发明的改进的键盘式打击乐器的内部的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行详细描述，所述附图显示了本发明的优选 实施例。图1A到1D分别示出了根据本发明一个实施例的键盘式打击乐器10的 后视图、左侧视图、正视图和右侧视图。在下面的描述中，打击乐器10的 面向演奏者的一侧被称之为前侧，参考面向打击乐器10的演奏者确定打击 乐器10的左右方向。首先，对键盘式打击乐器IO的概况进行说明。所述打击乐器10适于使每一个金属发声构件在该发声构件受到击打时振动，以发出音乐乐音。如图1C所示，该打击乐器10包括具有多个白键和多个黑键的键盘KB、适于 演奏者用脚操作的延音踏板(damper pedal) 12、和踏板箱11，在所述踏板 箱11中具有能够依照延音踏板12的运动垂直地移动踏板联接棒(pedal coupling rod) 13的机构。当演奏者按下键盘KB的任何琴键时，设置在该键 盘式打击乐器10内部的、与各个琴键分别对应的相应的一个发声构件就会 被击打，以发出音乐乐音。延音踏板12适于控制发声构件的振动。具体地 说，在演奏者踩踏延音踏板12的状态下，即使演奏者不再按下琴^t,相应 的发声构件的振动也不会被抑制。如此，与演奏者没有踩踏延音踏板12的 情形相比，从被击打的发声构件发出的音乐乐音时间段变得更长。该键盘式打击乐器10包括第一反射板100A和第二反射板100B,两个 反射板用于将在乐器10内发出的音乐乐音向乐器IO的后部输出。这些反射 板100A、 100B以预定的角度安装到乐器10的下部。
全文摘要
本发明提供一种高频杂音处理方法，包括步骤一，接收端对接收到的语音数据进行短时能量分析并将得到语音数据的短时能量与能量阈值进行比较，如果语音数据的短时能量大于能量阈值，则语音数据为浊音信号，否则为清音信号；步骤二，对浊音信号进行基音频率分析并将得到的浊音信号的基音频率与基音频率阈值进行比较，如果浊音信号的基音频率大于基音频率阈值，则浊音信号为高频杂音信号，否则为正常浊音信号；步骤三，对判断出的所述高频杂音信号进行分析和处理。本发明还提供一种高频杂音分析方法。通过本发明提供的高频杂音处理方法及分析方法，能够判断正常语音信号中的高频杂音，并录制出数据源，进而对出现高频杂音的原因进行分析，从而将出现问题解决。
文档编号G10L11/00GK101221757SQ20081000701
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者罗小冬, 马俊峰 申请人:中兴通讯股份有限公司