噪声抑止的方法和设备的制作方法

专利名称:噪声抑止的方法和设备的制作方法
本发明涉及一种用于解码信号的方法，该信号借助混合编码器被编码。此外，本发明还涉及一种相应构造的用于进行解码的设备。
为了编码音频信号，不同的方法已证实为特别有效的。因此，例如为了品质良好地编码具有良好品质的语音信号，并且在所编码的数据流的同时低的比特率的情况下，特别是所谓的CELP技术(码激励线性预测(Code Excited Linear Prediction))证明是有利的。CELP工作在时域并且基于可变的滤波器的激励模型。在这种情况下，既通过滤波器参数又通过描述激励信号的参数来表示语音信号。
在编码器方面大多也提及相对应的解码器，该解码器又可译码或解码所编码的数据。相对应的通信设备具有这种所谓的编解码器，以便能发送和接收数据，这对于通信是必需的。
为了编码特别是即使所编码的数据流的比特率较高也应具有很高品质的音乐信号和语音信号，所谓的感觉编解码器(编解码器＝编码器/解码器)首先得以实现。这些感觉编解码器基于频域中的信息减少，并且这些感觉编解码器充分利用人类听觉系统的屏蔽效应，也就是说，例如也不表示人类不能感觉到的某些频率或者变化。由此，降低了编码器或者编解码器的复杂度。由于编码器大多利用将时间信号变换到频域来工作，其中例如借助MDCT(修改的离散余弦变换(Modified Discrete Cosine Transformation)来进行变换，所以这些编码器经常也被称为变换编码器或者变换编解码器。这种表达也被用在其它申请的范围中。
近来，越来越多地采用所谓的可伸缩(Skalierbar)编解码器。可伸缩编解码器是这种编解码器，这些编解码器首先在所编码的数据流的比特率相对高时产生极好的音频品质。由此得到了相对长的、要周期性传输的数据包。
数据包是大量数据，这些数据以一时间间隔出现，并且这些数据正好一起以该数据包来传输。在数据包中经常首先传输重要的数据而接着传输次重要的数据。可是，在长的数据包中存在以下可能性，即通过去掉一部分数据、特别是通过截断数据包的在时间上最后传输的部分来缩短数据包。自然随之出现品质的恶化。
因为上述特性，对于可伸缩编解码器适合于，在比特率低时利用CELP编解码器工作而在比特率较高时利用变换编解码器工作。这导致了混合CELP/变换编解码器的发展，这些混合CELP/变换编解码器按照CELP编码具有良好品质的基本信号，并且除此之外按照变换编解码方法生成辅助信号，利用该辅助信号来改善基本信号。接着，这导致所希望的极好的品质。
在应用变换编解码器时不利的是，出现所谓的“预回声效应”。在此涉及干扰噪声，该干扰噪声均匀地分布在变换编码器块的整个块长度上。“块”被理解为共同被编码的全体数据。对于变换编解码器，典型的块长度为40msec。预回声效应的干扰噪声通过所传输的频谱分量的量化误差来形成。在信号电平均匀的情况下，干扰噪声的电平均低于有用信号的电平。但是，如果突然的高电平跟随着零电平的有用信号，那么在采用高电平之前能明显地听到该干扰噪声。在文献中，对此公知的例子是在Castanette咔嗒响时的信号变化。
为了减小这些效应，已经应用了不同的方法。但是，这些方法都利用传输辅助信息来工作，这又将编码器设计构造得十分复杂或者强迫编码器必须以暂时被提高的比特率来工作。
从现有技术出发，本发明的任务是提供一种简单的可能性，导致在借助混合编码器被编码的信号中进行干扰噪声降低，其中不必辅助信息。
该任务通过独立权利要求
的主题来解决。有利的扩展方案是从属权利要求
的主题。
对于在由第一、例如来自CELP解码器的信号和第二、例如来自变换解码器的信号组成的被解码的信号中进行干扰噪声降低，执行以下步骤根据两个被解码的信号部分分别确定所属的能量包络线。“能量包络线”特别是被理解为信号相对时间的能量分布。
由这两个包络线的比较构成了标识数(Kennzahl)、例如比例。
标识数又用于推导出放大因数。
如果能量例如在导致第一被解码的信号部分的编码方法中可靠地被识别出，则该方法特别是具有优点。因此，亦即通过标识数或者放大因数来识别偏差。
特别是，第二被解码的信号部分与放大因数相乘。由此校正上面所提及的偏差。
以时间间隔来划分整个信号，其中特别是被用于第一被解码的信号部分的时间间隔短于第二信号部分的时间间隔。
由此，根据较高的时间分辨率能更好地校正第二信号部分中的能量偏差。
第一信号部分可来自CELP解码器，该CELP解码器解码CELP编码的信号，第二信号部分可来自变换解码器，该变换解码器解码被变换编码的信号。被变换编码的信号特别是也可包含第一、CELP解码的信号部分，该第一、CELP解码的信号部分在解码之后被变换编码，被增加到由发射器所传输的被变换编码的信号(即已在频率中)，并且接着在变换解码器中被解码为第二信号部分的部分。
对此可替换地，也在时域中进行由所传输的CELP编码的信号和所传输的被变换编码的信号的求和。
特别是，放大因数可等于标识数。因此，如果第二被解码的信号部分特别是包含预回声噪声，则在构成合适的比例时可以得到第二被解码的信号部分的相对应的减弱。
特别是，第一解码器是基于CELP技术的解码器，和/或第二编码器是变换解码器。由此，在被解码的信号的品质同时极好的情况下得到特别有效的噪声降低。
特别是，只有当存在某些准则时，接着才进行解码器侧的所接收的整个信号的改变。
特别是规定，只有当信号电平变化超过某一阈值时，才进行解码器侧的所接收的整个信号的改变。这实现了特别有效地减小预回声，因为该预回声效应(如已描述的那样)完全在电平改变时出现，因为接着预回声噪声位于信号电平之上。另一方面，通过有选择地改变而不是不必要地放弃通过第二编码器来改善品质。
根据本发明的另一方面，提供一种方法，其中基于所阐述的方法，按照频域分开处理被解码的信号或该信号的第一和第二被解码的信号部分。这具有以下优点。在解码时，对于多个频带已知该频带的额定能量，即由单个按照频域分开的第一被解码的信号部分(例如CELP信号)的能量构成的额定能量。通过第二被解码的信号部分现在可提供附加信号(辅助部分)，可是该附加信号可以在其能量上极大地偏离。首先，如果第二被解码的信号部分的能量例如由于预回声效应明显太高，则是有问题的。现在，对于每个单个被处理的频带，该方法引入与第一信号部分的能量相关地对第二信号部分的能量(或电平)的限制。越多的频带以这种方式分开处理，则该方法就越有效。
本发明的其它优点参照示例性的实施形式来描述。
其中图1为了阐述编码/解码过程的示例性过程而示出了编码器侧和解码器侧的主要部件的图；图2示出了用于在通信设备之间通过通信网传输被编码的信号的通信装置的示意图；图3为了阐述借助基于CELP信号的增益适配(Gain-Adaption)来减小预回声而示出了解码设备或噪声抑制设备；图4示出了用于进行电平匹配或用于降低预回声的其它实施形式。
在图1中，参照实施形式示出了编码过程和解码过程的示意性过程。在编码器侧C，模拟的要传输给接收器的信号S借助针对编码的预处理设备PP被预处理或被准备，例如其方式是将该信号S数字化。此外，还在划分单元F中以时间间隔或帧来拆分信号。这样准备的信号被输送给编码单元COD。编码单元COD具有混合编码器，该混合编码器包括第一编码器(即CELP编码器)COD1和第二编码器(即变换编码器)COD2。CELP编码器COD1包括多个CELP编码器COD1_A、COD1_B、COD1_C，这些CELP编码器在不同的频域工作。通过分成不同的频域，能保证特别准确的编码。此外，分成不同的频域还十分好地支持可伸缩编解码器的概念，因为按照所希望的伸缩仅仅一个、多个或者所有频域可被传输。CELP编码器COD1提供被编码的整个信号S_GES的基本部分S_G。变换编码器COD2提供被编码的整个信号S_GES的辅助部分S_Z。被编码的整个信号S_GES借助编码器侧C的通信设备KC被传输给解码器侧D的通信设备KD。在此，必要时在处理设备PROC中对数据或所接收的被编码的整个信号S_GES进行处理(例如将被编码的整个信号分离成部分S_G和S_Z)，其中接着被处理的数据或被处理的信号被传输到解码设备DEC用于进行随后的解码DEC(对此也参看图3和4)。噪声降低设备NR中的噪声降低紧接在解码之后，该噪声降低设备NR更详细地在图3中被示出。
在图2中，示出了第一通信设备COM1(例如代表性地是图1的编码器侧C上的部件)，该第一通信设备COM1具有用于传输和/或接收数据的发送和接收单元ANT1(例如对应于通信设备KC)以及计算单元CPU1，该计算单元CPU1被设立用于实现编码器侧C上的部件或用于执行图1中所示的编码方法(在编码器侧C的处理)。借助发送/接收单元ANT1通过通信网CN(该通信网CN例如可以按照要应用的通信设备被设立为因特网、电话网或移动无线电网)进行数据传输。通过第二通信设备COM2(例如代表性地是图1的右侧的部件)来进行接收，该第二通信设备COM2又具有发送和接收单元ANT2(例如对应于通信设备KB)以及计算单元CPU2，该计算单元CPU2被设立用于实现解码器侧D上的部件或用于执行根据图1的解码方法(在解码器侧D的处理)。在其中应用该方法的通信设备COM1和COM2的可能的实现方案的例子是IP电话、语音网关或者移动电话。
现在参阅图3，其中为了示意性地示出预回声减小的过程能看到具有主要部件的解码设备DEC和噪声降低设备NR。CELP编码的信号S_COD，CELP(对应于信号S_G)借助整个频带CELP解码器DEC_GES，CELP来解码。被解码的信号S_CELP一方面被转发到用于确定所属的包络线ENV_CELP的能量包络线确定单元GE1，而另一方面被转发到TDAC(时域混淆对消(Time domain aliasing cancellation))编码器COD_TDAC。TDAC编码是变换编码的例子。
被编码的信号S_COD，CELP，TDAC与来自接收器侧的被变换编码的信号S_COD，TDAC(对应于信号S_Z)一起被导向变换解码器DEC_TDAC，以便产生被解码的信号S_TDAC。也根据被解码的信号S_TDAC同样在(第二)能量包络线确定单元GE2中确定所属的能量包络线ENV_TDAC。在比例确定单元D中，能量包络线的比例R相互逐个时间间隔地被确定为标识数。在条件确定单元BFE中确定，比例R是否具有确定的最小间距1(1两个能量包络线相等)，也就是说，两个信号的电平相等或者至少相互仅偏差预定的百分数。
因此，结果是放大因数或衰减因数G，该放大因数或衰减因数G在所示的情况下等于比例R(标识数)，被变换解码的信号部分S_TDAC在乘法设备M中与该比例R相乘，以便得到最终的干扰噪声降低的信号S_OUT。更准确地说，例如由此出发，即通过R＝ENV_CELP/ENV_TDAC来构成比例R，并且确定了，该比例不允许低于预定的阈值SW，因此在低于阈值SW时，被变换解码的信号部分S_TDAC与放大因数G(例如G＝R)相乘，这导致信号部分S_TDAC的衰减。此外，可能的是，在不低于阈值SW的情况下，将值“1”分配给放大因数G，以致在接着在任何情况下可发生的信号部分S_TDAC的相乘时，值S_TDAC保持不变。
因此，在偏离被变换解码的信号部分S_TDAC的能量的情况下，其中该偏差正是所述的预回声效应，信号部分的能量或电平向CELP解码的信号S_CELP的可靠值移动，以致对于最终的信号S_out进行干扰噪声降低。
现在参阅图4，根据该图应阐述用于减小预回声效应的其它实施形式。
可能的是，代替仅仅一个CELP编解码器而存在多个、按照频域被分开的(CELP-或者其它)编解码器。在图4中所示的实施形式大部分与图3中所示的实施形式相对应并且就此而言是一种扩展，即在图3中所示的方法不是被应用于CELP(或者其它)解码器和变换解码器的整个信号，而是该方法分开地按照频域来应用。也就是说，首先按照频域来划分整个信号或单个信号部分，其中图3的方法接着对每个频域被应用于单个信号部分。
以下阐述其优点。在解码器中，对于多个频带已知这些频带的额定能量，亦即由单个按照频域分开的CELP信号的能量构成的额定能量。现在，变换解码器提供附加信号(辅助部分)，可是，该附加信号在其能量方面明显地偏离。首先，如果来自变换解码器的信号的能量例如由于预回声效应而明显过高，则是有问题的。现在，对于每个单个处理的频带，该方法引入与CELP能量相关地对变换编解码器能量的限制。越多频带以这种方式分开被处理，则该方法就越有效。
这根据以下例子立即变得明显整个信号由2000Hz音调构成，该整个信号完全来自CELP编解码器部分。另外，由于预回声效应，变换编解码器现在仅仅还提供频率为6000Hz的干扰信号；干扰信号的能量为2000Hz音调的能量的10％。用于限制变换编解码器部分的准则是，变换编解码器部分的最大值允许与CELP部分的最大值相同。情况1不进行按照频带的分解(第一实施例)接着，6000Hz干扰信号未被抑制，因为该干扰信号只有来自CELP编解码器的2000Hz音调的能量的10％。
情况2频带A0-4000Hz和B4000Hz-8000Hz分开地被处理(其它实施形式)在这种情况下，干扰信号完全被抑制，因为在上面的频带中，CELP部分为零，并且因此也将变换编解码器信号限制到值零。
现在(对应于图3)在图4中，为了示意性地示出电平匹配或预回声降低的过程又能看到具有主要部件的解码设备DEC和噪声降低设备NR。为了产生被编码的信号或传输给接收器又参考图1或者2。
CELP编码的信号S_COD，CELP(对应于信号部分S_G)借助整个频带CELP解码器DEC_GES，CELP′来解码。整个频带CELP解码器在此包括两个解码设备，即用于解码第一频带A中的信号S_COD，CELP的第一解码设备DEC_FB_A和用于解码第二频带B中的信号S_COD，CELP的第二解码设备DEC_FB_B。第一被解码的信号S_CELP_A被导向用于确定所属的包络线ENV_CELP_A的(第一)能量包络线确定单元GE1_A，而第二被解码的信号S_CELP_B被导向用于确定所属的包络线ENV_CELP_B的(第二)能量包络线确定单元GE1_B。
来自接收器侧的被变换编码的信号S_COD，TDAC(对应于信号S_Z)被导向变换解码器DEC_TDAC，以便产生被解码的信号S_TDAC，该信号S_TDAC又被输送给频带分解器(频带划分器)FBS。该频带分解器FBS将信号S_TDAC划分成两个信号，亦即划分成频带A的S_TDAC_A和频带B的S_TDAC_B。可选地，划分成频带也可在频域中进行，在反变换到时域之前进行。由此，特别是取消了随着在时域中工作的频带分解器(高通滤波器、低通滤波器或者带通滤波器)而出现的延迟。根据被解码的与频带相关的信号S_TDAC_A和S_TDAC_B也同样在(第三)能量包络线确定单元GE2_A或(第四)能量包络线确定单元GE2_B中确定所属的能量包络线ENV_TDAC_A或ENV_TDAC_B。
在第一放大确定单元BD_A中，对于频带A按照能量包络线ENV_CELP_A和ENV_TDAC_A来确定放大因数(或者也确定衰减因数，因为放大为负的)G_A被确定，而在第二放大确定单元BD_B中，对于频带B按照能量包络线ENV_CELP_B和ENV_TDAC_B来确定放大因数(衰减因数)G_B。相应的放大因数的确定可根据图3的确定(参看部件D，BFE)进行。在此，例如又可构成对于相应的频带A和B的能量包络线的相应比例(标识数)R_A、R_B，亦即R_A＝ENV_CELP_A/ENV_TDAC_A或R_B＝ENV_CELP_B/ENV_TDAC_B，其中对于相应的频带确定阈值SW_A或SW_B，在低于阈值时，产生相应的放大因数G_A(例如G_A＝R_A)或G_B(例如G_B＝R_B)，该放大因数G_A或G_B最后被用于相应的与频带相关的信号S_TDAC_A或S_TDAC_B(以便导致衰减)。如果未低于相应的阈值，则相应的放大因数G_A或G_B被确定为“1”，以致在相乘时，相应的与频带相关的信号S_TDAC_A或S_TDAC_B保持不变。
在频带A的第一乘法设备M_A中，最后将放大因数G_A与信号S_TDAC_A相乘而将放大因数G_B与信号S_TDAC_B相乘。最后，相乘的(可能衰减的)与频带相关的信号聚集，以便实现最终的干扰噪声降低的(整个频率的)信号S_OUT′。
应注意到，尽管在本例子中仅仅进行了将被解码的信号部分S_CELP_A、S_CELP_B、S_TDAC_A和S_TDAC_B分离成两个频域A和B，但是也能划分成3个或者更多频域，并且也是有利的。
权利要求
1.一种用于在被解码的信号中进行噪声抑制(S_OUT)的方法，所述被解码的信号由第一被解码的信号部分(S_CELP)和第二被解码的信号部分(S_TDAC)组成，所述方法具有以下步骤a.确定第一信号部分(S_CELP)的第一能量包络线(ENV_CELP)和第二被解码的信号部分(S_TDAC)的第二能量包络线(ENV_TDAC)；b.根据第一和第二能量包络线(ENV_CELP，ENV_TDAC)的比较来构成标识数(R)；c.根据所述标识数(R)推导出放大因数(G)。
2.根据权利要求
1所述的方法，具有以下其它步骤d.如果所述标识数(R)不满足所确定的准则(C)，则将所述第二被解码的信号部分(S_TDAC)与所述放大因数(G)相乘。
3.根据上述权利要求
之一所述的方法，其中，所述被解码的信号部分(S_TDAC，S_CELP)以时间间隔来划分，并且逐个时间间隔地进行所述步骤a)至d)。
4.根据权利要求
3所述的方法，其中，所述第一和第二被解码的信号部分(S_TDAC，S_CELP)的时间间隔的长度不同，并且对于较短的时间间隔逐个时间间隔地进行所述步骤a)至d)。
5.根据上述权利要求
之一所述的方法，其中，所述第一被解码的信号部分(S_CELP)通过解码第一编码部分(S_COD，CELP)来自第一解码器(DEC_GES，CELP)，而所述第二被解码的信号部分(S_TDAC)通过解码第二编码部分(S_COD，TDAC，S_COD，CELP，TDAC)来自第二解码器(DEC_TDAC)。
6.根据权利要求
5所述的方法，其中，所述第二编码部分(S_TDAC)包含所述第一编码部分(S_CELP)。
7.根据上述权利要求
之一所述的方法，其中，所述标识数(R)通过构成第一与第二能量包络线(ENV_CELP，ENV_TDAC)的比例来构成。
8.根据上述权利要求
之一所述的方法，其中，所述放大因数(G)等于所述标识数(R)。
9.根据上述权利要求
之一所述的方法，其中，所述第一被解码的信号(S_CELP)通过解码信号(S_COD，CELP)来构成，所述信号(S_COD，CELP)来自多个第一编码器(COD1_A，COD1_B，COD1_C)，所述第一编码器(COD1_A，COD1_B，COD1_C)在不同的频域工作。
10.根据上述权利要求
5或者6之一所述的方法，其中，所述第一解码器(DEC_GES_CELP)通过CELP解码器来构成。
11.根据上述权利要求
5、6或者10之一所述的方法，其中，所述第二解码器(DEC_TDAC)通过变换解码器来构成。
12.根据上述权利要求
5、6、10或者11之一所述的方法，其中，所述第一和第二解码器(DEC_TDAC，DEC_CELP)包括相同的频域。
13.一种用于在被分配给一频带的被解码的信号中进行噪声抑制的方法，所述信号由针对频带的相应的子频带的相应的第一被解码的信号部分(S_CELP_A，S_CELP_B)和相应的第二被解码的信号部分(S_TDAC_A，S_TDAC_B)组成，所述方法具有以下步骤a.针对相应的子频带确定相应的第一被解码的信号部分的第一能量包络线(ENV_CELP_A，ENV_CELP_B)和相应的第二被解码的信号部分的第二能量包络线(ENV_TDAC_A，ENV_TDAC_B)；b.针对相应的子频带根据第一和第二能量包络线的比较来构成相应的标识数(R_A，R_B)；c.针对相应的子频带根据相应的标识数(R)推导出相应的放大因数(G_A，G_B)。
14.根据权利要求
13所述的方法，还具有以下步骤d.如果所述相应的标识数(R_A，R_B)不满足所确定的准则，则针对相应的子频带将所述第二被解码的信号部分(S_TDAC_A，S_TDAC_B)与所述相应的放大因数(G_A，G_B)相乘。
15.一种设备、特别是一种通信设备，其具有计算单元(CPU2)，所述计算单元(CPU2)被构造用于执行根据权利要求
1至14所述的方法。
专利摘要
一种用于在由第一被解码的信号部分(S_CELP)和第二被解码的信号部分(S TDAC)组成的被解码的信号中进行噪声抑制(S_OUT)的方法具有以下步骤确定第一信号部分(S_CELP)的第一能量包络线(ENV_CELP)和第二被解码的信号部分(S_TDAC)的第二能量包络线(ENVTDAC)；根据第一和第二能量包络线(ENV_CELP，ENV_TDAC)的比较来构成标识数(R)；根据标识数(R)推导出放大因数(G)；有利地将第二被解码的信号部分与放大因数相乘，这导致所期望的预回声干扰噪声和后回声干扰噪声的减小。
文档编号G10L19/12GK1993734SQ20068000050
公开日2007年7月4日 申请日期2006年4月12日
发明者M·加特纳, S·尚德尔 申请人:西门子公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan