语音信号处理装置及语音信号处理方法与流程

本发明涉及一种信号处理装置，尤其涉及一种语音信号处理装置及语音信号处理方法。
背景技术：
：一般对于听障人士来说，其往往无法清楚地接收较高频的语音信号，例如子音信号，但对于低频的信号却可以清楚地听到。一般现有技术为通过将高频的语音信号进行降频，并将信号框进行重叠，以解决此问题。然而，由于现有技术在进行信号框的重叠动作时，并不会考虑其相位是否匹配，因此在重叠处将出现一部分信号相加、一部分信号相减的情形，进而造成信号的失真。技术实现要素：本发明提供一种语音信号处理装置及语音信号处理方法，可有效地改善信号框重叠时相位不匹配所导致的信号失真情形。本发明的语音信号处理装置包括处理单元，其用以降频取样语音信号，以产生包括一序列的原始降频信号框的降频信号，并依据原始降频信号框产生对应的更新降频信号框，其中各原始降频信号框包括p个取样点。处理单元还依据在第m个原始降频信号框中与第m个更新降频信号框的中间取样点所对应的相位基准取样点编号决定在第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点，将自与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点起的连续p个取样点作为第m+1个更新降频信号框的取样点，并混叠相邻的更新降频信号框，以产生交叠语音信号，其中p为正整数、m为大于1的正整数。在本发明的一实施例中，上述相邻两个更新降频信号框分别具有50％的重叠区段。在本发明的一实施例中，上述处理单元还依据第m个原始降频信号框中取样点的取样值累计第一计数值以及第二计数值，其中当降频信号由正半周转为负半周时处理单元归零第一计数值，当降频信号由负半周转为负半周时处理单元归零第二计数值。处理单元将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值或第二计数值作为基准值，并依据基准值决定第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点。在本发明的一实施例中，上述处理单元还判断第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值是否小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值。若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值作为基准值，并将第m个原始降频信号框中第一计数值等于基准值时所对应的取样点中最后取样的取样点作为第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点，若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值未小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值作为基准值，并将第m个原始降频信号框中第二计数值等于基准值时所对应的取样点中最后取样的取样点作为第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点。在本发明的一实施例中，上述处理单元还将降频信号乘以一汉明窗。本发明的语音信号处理方法包括下列步骤。降频取样语音信号，以产生包括一序列的原始降频信号框的降频信号，其中各原始降频信号框包括p个取样点，其中p为正整数。依据在第m个原始降频信号框中与第m个更新降频信号框的中间取样点所对应的相位基准取样点编号决定在第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点，其中m为大于1的正整数。将自与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹 配的最后一个取样点起的连续p个取样点作为第m+1个更新降频信号框的取样点。混叠相邻的更新降频信号框，以产生交叠语音信号。在本发明的一实施例中，上述相邻两个更新降频信号框分别具有50％的重叠区段。在本发明的一实施例中，上述依据在第m个原始降频信号框中与第m个更新降频信号框的中间取样点所对应的相位基准取样点编号决定在第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点的步骤包括下列步骤。依据第m个原始降频信号框中取样点的取样值累计第一计数值以及第二计数值，其中当降频信号由正半周转为负半周时归零第一计数值，当降频信号由负半周转为负半周时归零第二计数值。将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值或第二计数值作为基准值。依据基准值决定第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点的相位匹配的最后一个取样点。在本发明的一实施例中，上述将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值或第二计数值作为基准值的步骤包括下列步骤。判断第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值是否小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值。若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值作为基准值。若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值未小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值作为基准值。在本发明的一实施例中，若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，上述语音信号处理方法包括，将第m个原始降频信号框中第一计数值等于基准值时所对应的取 样点中最后取样的取样点作为第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点。在本发明的一实施例中，若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值未小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，上述语音信号处理方法包括，将第m个原始降频信号框中第二计数值等于基准值时所对应的取样点中最后取样的取样点作为第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点。在本发明的一实施例中，上述语音信号处理方法包括，将降频信号乘以汉明窗。基于上述，本发明的实施例依据在第m个原始降频信号框中与第m个更新降频信号框的中间取样点所对应的相位基准取样点编号决定在第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点，将自与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点起的连续p个取样点作为第m+1个更新降频信号框的取样点，以有效地改善信号框重叠时相位不匹配所导致的信号失真情形。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1示出本发明一实施例的语音信号处理装置的示意图；图2示出本发明一实施例的取样语音信号的信号处理示意图；图3示出本发明一实施例的原始降频信号框WL2的示意图；图4示出本发明一实施例的语音信号处理方法的流程示意图；图5示出本发明另一实施例的语音信号处理方法的流程示意图。附图标记说明：102：处理单元；104：取样单元；S1：原始语音信号；S2：取样语音信号；W1～W4：取样信号框；WL1～WL4：原始降频信号框；WL1’～WL4’：更新降频信号框；WH1～WH4：乘以汉明窗后的更新降频信号框；SL、SL’、SH：降频信号；第一计数值；n：取样点编号；SO：交叠语音信号；S402～S410、S502～S512：语音信号处理方法的步骤。具体实施方式图1示出本发明一实施例的语音信号处理装置的示意图，请参照图1。语音信号处理装置包括处理单元102以及取样单元104，处理单元102耦接取样单元104，其中处理单元102可例如以中央处理单元来实施，而取样单元104则可例如以逻辑电路来实施，然不以此为限。取样单元104可取样原始语音信号S1，以产生取样语音信号S2。处理单元102可降频取样语音信号S2以产生包括一序列的降频信号框的降频信号，如图2所绘示之取样语音信号S2的信号处理示意图所示，取样语音信号S2可包括一序列的取样信号框，为简化说明，在图2实施例中仅示出4个取样信号框W1～W4，然并不以此为限。降频信号SL包括多个原始降频信号框WL1～WL4，由于降频信号SL为降频取样语音信号S2所得到，因此原始降频信号框的长度大于取样语音信号S2的取样信号框的长度。处理单元102可通过调整原始降频信号框所包含的取样点，而得到更新降频信号框(例如图2的更新降频信号框WL1’～WL4’)，使各个更新降频信号框的中间取样点与下一个更新降频信号框的初始取样点的相位匹配，进而改善信号框重叠时相位不匹配所导致的信号失真情形。进一步来说，各个原始降频信号框可包括p个取样点，其中p为正整数，处理单元102可将在第m个原始降频信号框中与第m个更新降频信号框的中间取样点所对应的取样点编号作为相位基准取样点编号，并依据相位基准取样点编号决定在第m个原始降频信号框中与此相位基准取样点编号对应的取 样点相位匹配的最后一个取样点，并将自此最后一个取样点起的连续p个取样点作为第m+1个更新降频信号框的取样点，以使第m个更新降频信号框的中间取样点与第m+1个更新降频信号框的初始取样点的相位匹配，其中m为大于1的正整数。如此一来，第m个更新降频信号框与第m+1个更新降频信号框进行50％的信号框混叠时(亦即第m个更新降频信号框与第m+1个更新降频信号框分别有具有50％的重叠区段)，相位不匹配的情形便可大幅地减少，而改善信号失真的情形。详细来说，处理单元102可依据第m个原始降频信号框中取样点的取样值累计第一计数值以及第二计数值，其中当降频信号SL由正半周转为负半周时归零第一计数值，当降频信号由负半周转为负半周时归零第二计数值。具体来说，上述计数值的累计方式可依据下列式子(1)～(4)表示：PNm(n)={1,sm(n)≥00,sm(n)<0---(1)]]>PNmD(n)=PNm(n)-PNm(n-1)---(2)]]>Cotm+(n)=0,PNmD(n)=1Cotm+(n-1)+1,else---(3)]]>Cotm-(n)={0,PNmD(n)=-1Cotm-(n-1)+1,else---(4)]]>其中m为大于1的正整数，n＝0,1,2,…,2N-2，N为大于1的正整数，sm(n)为第m个原始降频信号框中编号n的取样点的取样值，PNm(n)为将取样值sm(n)转为以“1”、“0”表示之值，其中PNm(-1)＝PNm(0)。为第m个原始降频信号框中编号n的取样点所对应的第一计数值，而为第m个原始降频信号框中编号n的取样点所对应的第二计数值，其中而由式(1)、(2)可知为对应降频信号在正半周时的累计计数值，而为对应降频信号在负半周时的累计计数值。如式(1)～(4)所示，在本实施例中，将取样值sm(n)大于等于0以及sm(n)小于0时的取样值分别设为1、0，在计数第一计数值时把等于1时所对应的第一计数值归零，另外并在计数第二计数值时把等于-1时所对应的第二计数值归零。处理单元102可将第m个原始降频信号框中与在第m个更新降频信号框 的中所得到的相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值或第二计数值作为基准值，并依据此基准值决定第m个原始降频信号框中与与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点。例如处理单元102可判断第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值是否小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，其可以下列式子(5)表示：Cotm+(nCotm-1-N+1)≤Cotm-(nCotm-1-N+1)---(5)]]>其中为第m-1个原始降频信号框中与第m-1个原始降频信号框的中间取样点的相位匹配的最后一个取样点所对应的编号，其等于第m个原始降频信号框中对应第m个更新降频信号框最后一个取样点的取样点的编号。例如，在图2中，假设各个原始降频信号框WL1～WL4中分别包括0,1,2,…,200等201个取样点，在原始降频信号框WL1中与原始降频信号框WL1的中间取样点的相位匹配的最后一个取样点所对应的编号为188，而在原始降频信号框WL2中对应更新降频信号框WL2’最后一个取样点的取样点的编号亦为188。为在第m个原始降频信号框中与第m个更新降频信号框的中间取样点所对应的相位基准取样点编号，例如在图2中，在原始降频信号框WL2中与更新降频信号框WL2’的中间取样点所对应的取样点取样点编号为88(亦即相位基准取样点编号为88，N为101)。为第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值，为第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值。若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，处理单元102将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值第一计数值作为基准值，并将第m个原始降频信号框中第一计数值等于基准值时所对应的取样点中最后取样的取样点作为最后一个取样点，其可以下列式子(6)、(7)表示：nCotm+(n)={n,Cotm+(n)=Cotm+(nCotm-1-N+1)0,else---(6)]]>nCotm=Max{nCotm+(n)}---(7)]]>由式(6)、(7)可知，当第m个原始降频信号框中编号n的取样点所对应的第一计数值等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值时，等于取样点所对应的编号n，否则等于0。而则为在所有中的最大值，其代表在第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点的相位匹配的最后一个取样点的编号，此取样点用以作为第m+1个更新降频信号框的初始取样点。相反地，若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值未小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值(亦即式(5)不成立)，则处理单元102将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值作为基准值，并将第m个原始降频信号框中第二计数值等于基准值时所对应的取样点中最后取样的取样点作为最后一个取样点，其可以下列式子(8)、(9)表示：nCotm-(n)={n,Cotm-(n)=Cotm-(nCotm-1-N+1)0,else---(8)]]>nCotm=Max{nCotm-(n)}---(9)]]>由式(8)、(9)可知，当为第m个原始降频信号框中编号n的取样点所对应的第二计数值等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值时，等于取样点所对应的编号n，否则等于0。而则为在所有中的最大值，其代表在第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点的相位匹配的最后一个取样点的编号，此取样点用以作为第m+1个更新降频信号框的初始取样点。举例来说，假设图2中的各个原始降频信号框WL1～WL4分别包括201个取样点，亦即各个原始降频信号框WL1～WL4中分别包括0,1,2,…,200等201个取样点。在原始降频信号框WL2中与更新降频信号框WL2’的中间取样点所对应的相位基准取样点编号(其为88)所对应的第一计数值小于等于在原始降频信号框WL2中与更新降频信号框WL2’的中间取样点所对应的相位基准取样点编号取样点对应的第二计数值且在原始降频信号框WL2的中间取样点(亦即在原始降频信号框WL2中编号为88的取样 点)所对应的第一计数值为18。为找出更新降频信号框WL3’的初始取样点，处理单元102可计数在原始降频信号框WL2中第一计数值等于18时所对应的取样点的编号(由于在原始降频信号框WL2中编号为88的取样点所对应的第一计数值小于对应的第二计数值因此以第一计数值作为基准值)。如图3所绘示之原始降频信号框WL2的示意图所示，在图3的实施例中，原始降频信号框WL2中第一计数值等于18时所对应的取样点的编号(亦即不等于0的的值)包括编号20、40、63、79、100、125、142、163、192等的取样点，其中编号192的取样点为在原始降频信号框WL2中第一计数值等于基准值(其值为18)时所对应的取样点中最后取样的取样点，因此等于192，处理单元102将其作为更新降频信号框WL3’的初始取样点，并将自原始降频信号框WL2中编号192的取样点起的连续201个取样点作为更新降频信号框WL3’的取样点。如图2所示，更新降频信号框WL3’包括原始降频信号框WL2中编号183～200的取样点以及原始降频信号框WL3中编号192以及编号192以前的取样点，其中原始降频信号框WL2中编号92(其为更新降频信号框WL3’的中间取样点在原始降频信号框WL3中所对应的取样点编号)可作为相位基准取样点编号，其用以作为寻找更新降频信号框WL4’的初始取样点的依据。类似地，更新降频信号框WL4’的初始取样点亦可以类似的方式得到，因此在此不再赘述。值得注意的是，由于原始降频信号框WL1为第一个原始降频信号框，因此更新降频信号框WL1’的取样点即为原始降频信号框WL1所包括的取样点，且原始降频信号框WL1中与更新降频信号框WL1’的中间取样点所对应的相位基准取样点编号为100。在本实施例中，原始降频信号框WL1中与原始降频信号框WL1的中间取样点的相位匹配的最后一个取样点所对应的编号为188(然不以此为限)，其中最后一个取样点(编号188的取样点)的求取方式与上述实施例类似，本领域具通常知识者应可依据上述内容推得其实施方式，因此在此不再赘述。在调整完各个原始降频信号框所包含的取样点，而得到对应的更新降频信号框后，处理单元102便可对相邻的更新降频信号框进行50％的混叠，以产生交叠语音信号，由于此时各个更新降频信号框的中间取样点与下一个更 新降频信号框的初始取样点的相位匹配，因此信号框重叠时相位不匹配所导致的信号失真情形将大幅地被改善。此外，在部份实施例中，亦可在得到各个原始降频信号框对应的更新降频信号框后，将降频信号乘以汉明窗(HammingWindow)，以增加更新降频信号框左右端的连续性。如图2所示，在将包括更新降频信号框WL1’～WL4’的降频信号SL’乘以汉明窗后，可得到包括更新降频信号框WH1～WH4的降频信号SH，然后再将更新降频信号框WH1～WH4进行混叠，即可得到交叠语音信号SO。图4示出本发明一实施例的语音信号处理方法的流程示意图，请参照图4。由上述实施例可知，语音信号处理装置的语音信号处理方法可包括下列步骤。首先，取样原始语音信号，以产生取样语音信号(步骤S402)。接着，降频取样语音信号，以产生包括一序列的原始降频信号框的降频信号(步骤S404)，其中各原始降频信号框包括p个取样点，其中p为正整数。然后，依据在第m个原始降频信号框中与第m个更新降频信号框的中间取样点所对应的相位基准取样点编号决定在第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点(步骤S406)，其中m为大于1的正整数。之后，将自与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点起的连续p个取样点作为第m+1个更新降频信号框的取样点(步骤S408)。最后，再混叠相邻的更新降频信号框，以产生交叠语音信号(步骤S410)，其中相邻两个更新降频信号框可例如分别具有50％的重叠区段。图5示出本发明另一实施例的语音信号处理方法的流程示意图，请参照图5。详细来说，图4实施例的步骤S406在本实施例中可包括步骤S502～S506，亦即先依据第m个原始降频信号框中取样点的取样值累计第一计数值以及第二计数值，其中当降频信号由正半周转为负半周时归零第一计数值，当降频信号由负半周转为负半周时归零第二计数值(步骤S502)，然后将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值或第二计数值作为基准值(步骤S504)，之后再依据基准值决定第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点的相位匹配的最后一个取样点(步骤S506)。更进一步来说，步骤S504可包括，先判断第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值是否小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第 二计数值(步骤S508)。若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值作为基准值(步骤S510)，在此情形下，于步骤S506可将第m个原始降频信号框中第一计数值等于基准值时所对应的取样点中最后取样的取样点作为第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点。相反地，若第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第一计数值未小于等于第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值，将第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点所对应的第二计数值作为基准值(步骤S512)，在此情形下，于步骤S506可将第m个原始降频信号框中第二计数值等于基准值时所对应的取样点中最后取样的取样点作为第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点。综上所述，本发明的实施例依据在第m个原始降频信号框中与第m个更新降频信号框的中间取样点所对应的相位基准取样点编号决定在第m个原始降频信号框中与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点，将自与相位基准取样点编号对应的取样点相位匹配的最后一个取样点起的连续p个取样点作为第m+1个更新降频信号框的取样点，以有效地改善信号框重迭时相位不匹配所导致的信号失真情形。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页1 2 3