CN106157978B - 语音信号处理装置及语音信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种语音信号处理装置及语音信号处理方法。本发明依据采样信号窗中连续的三个采样值来计算与采样信号窗对应的内插参数函数的值，并依据内插参数函数的值来计算降频信号窗中相邻两采样点间的内插值。本发明可有效地避免降频后的语音信号出现信号失真的情形。

Description

语音信号处理装置及语音信号处理方法

技术领域

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。然而，在对信号进行降频后，由于时间长度变长，连续的两个采样信号之间的信号值需利用内插的方式来求得，例如若将声音信号从高频信号降为只有一半频率的低频信号时，时间长度将变为原本的两倍，采样信号与采样信号间的新信号，必须通过内插的方式求得。由于声音信号的特性比较接近弦波，若以一般算数平均的方式来求取内插的信号值，往往会使得降频后的信号出现信号失真的情形。

发明内容

本发明提供一种语音信号处理装置及语音信号处理方法，可有效地避免降频后的语音信号出现信号失真的情形。

本发明的语音信号处理装置包括处理单元，其接收包括序列的采样信号窗的采样语音信号，并依据各采样信号窗中连续的三个采样值计算与各采样信号窗对应的内插参数函数的值，降频采样语音信号，以产生包括序列的降频信号窗的降频信号，依据各降频信号窗对应的内插参数函数的值计算各降频信号窗中相邻两采样点间的内插值。

在本发明的一实施例中，上述语音信号处理装置还包括采样单元，其耦接处理单元，采样原始语音信号，以产生采样语音信号，处理单元还判断内插参数函数的值是否小于上限值且大于等于下限值，若内插参数函数的值未小于上限值或未大于等于下限值，修正内插参数函数的值。

在本发明的一实施例中，其中若内插参数函数的值大于等于上限值，将内插参数函数的值修正为上限值，若内插参数函数的值小于下限值，将内插参数函数的值修正为下限值。

在本发明的一实施例中，上述上限值与下限值关联于原始语音信号的频率与采样单元的采样频率。

在本发明的一实施例中，上述处理单元还依据各采样信号窗中连续的三个采样值间的三角函数关系计算各采样信号窗对应的内插参数函数。

在本发明的一实施例中，上述内插参数函数为三角函数。

本发明的语音信号处理方法包括下列步骤。采样原始语音信号，以产生包括序列的采样信号窗的采样语音信号。依据各采样信号窗中连续的三个采样值计算各采样信号窗对应的内插参数函数的值。降频采样语音信号，以产生包括序列的降频信号窗的降频信号。依据各降频信号窗对应的内插参数函数的值计算各降频信号窗中相邻两采样点间的内插值。

在本发明的一实施例中，上述语音信号处理方法还包括，判断内插参数函数的值是否小于上限值且大于等于下限值，若内插参数函数的值未小于上限值或未大于等于下限值，修正内插参数函数的值。

在本发明的一实施例中，其中若内插参数函数的值大于等于上限值，将内插参数函数的值修正为上限值，若内插参数函数的值小于下限值，将内插参数函数的值修正为下限值。

在本发明的一实施例中，其中上限值与下限值关联于原始语音信号的频率与采样单元的采样频率。

在本发明的一实施例中，上述语音信号处理方法包括，依据各采样信号窗中连续的三个采样值间的三角函数关系计算各采样信号窗对应的内插参数函数。

在本发明的一实施例中，上述内插参数函数为三角函数。

基于上述，本发明的实施例依据采样信号窗中连续的三个采样值来计算与采样信号窗对应的内插参数函数的值，并依据内插参数函数的值来计算降频信号窗中相邻两采样点间的内插值，以获得精确的内插值，有效地避免降频后的语音信号出现信号失真的情形。

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示出为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降频信号的示意图；

图3示出本发明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：采样单元；

S1：原始语音信号；

S2：采样语音信号；

S3：降频信号；

Wm、Wm+1：降频信号窗；

s(2n)、s(2n+2)、s(2n+4)、s(2n+6)、s(2n+8)：采样点；

s(2n+1)、s(2n+3)、s(2n+5)、s(2n+7)：内插点；

S302～S312：步骤。

具体实施方式

图1示出为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以及采样单元104，处理单元102耦接采样单元104，其中处理单元102可例如以中央处理单元来实施，而采样单元104则可例如以逻辑电路来实施，但不以此为限。采样单元104可采样原始语音信号S1，以产生采样语音信号S2，其中采样语音信号S2包括一序列的采样信号窗。处理单元102可依据各个采样信号窗中连续的三个采样值计算与各个采样信号窗对应的内插参数函数的值，此外，还可降频采样语音信号S2以产生包括一序列的降频信号窗的降频信号，并依据各个降频信号窗所对应的内插参数函数的值来计算各个降频信号窗中相邻两采样点间的内插值，其中内插参数函数为三角函数，例如正弦函数或余弦函数，但不以此为限。

举例来说，图2示出本发明一实施例的降频信号的示意图，请参照图2。在图2中，实心圆点的部分为采样单元104的采样点，而空心圆点的部分则为处理单元102所计算出的内插点。在此假设采样语音信号S2中第m个采样信号窗的中间时间点n的采样值为

其中m为正整数，n为0或正整数。另外，在本实施例中，对采样语音信号S2进行降频后所得到的降频信号S3的频率为采样语音信号S2的频率的一半，若假设降频信号S3中第m个降频信号窗Wm(其对应采样语音信号S2的第m个采样信号窗)中时间点n的采样值为s_m(n)，则降频前后同一采样点的对应关系可如下式所示：

处理单元102可依据在各个采样信号窗中连续的三个采样值计算与各个采样信号窗对应的内插参数函数，例如，第m个采样信号窗所对应的内插参数函数C_m(g)可依据采样单元104在采样信号窗中连续采样的三个采样值

以及

之间的三角函数关系来求得，在采样信号窗的时间范围内所对应的内插参数函数可如下式所示：

其中g为0或正整数，C_m(g)为内插参数函数在时间点g的函数值，内插参数函数C_m(g)为三角函数。

由于语音信号处理装置在信号处理的过程中可能会有噪声产生，而导致计算出的内插参数函数的值包含噪声的成分，如此将影响处理单元102求取内插值的精确度。处理单元102可通过判断内插参数函数的值是否落于预设范围内来检视内插参数函数的值是否受到噪声干扰，例如可判断内插参数函数的值是否小于上限值且大于等于下限值，若内插参数函数的值未小于上限值或未大于等于下限值，则代表参数函数的值受到噪声干扰，处理单元102可修正内插参数函数的值，以去除内插参数函数的值中所包含的噪声成分。例如，若内插参数函数的值大于等于上限值，处理单元102可将内插参数函数的值修正为上限值，若内插参数函数的值小于下限值，处理单元102可将内插参数函数的值修正为下限值，而若内插参数函数的值小于上限值且大于等于下限值，则不需对内插参数函数的值进行修正。举例来说，在图2的实施例中，内插参数函数C_m(g)的值的修正方式可以下列式子表示：

也就是上述的上限值和下限值在图2的实施例中分别为1和0.5，若语音信号处理装置在信号处理的过程中受到噪声的影响，而使得内插参数函数C_m(g)的值大于等于1，则处理单元102将内插参数函数C_m(g)的值修正为1，而若内插参数函数C_m(g)的值小于0.5，则处理单元102将内插参数函数C_m(g)的值修正为0.5。值得注意的是，式(3)的上限值和下限值仅为示范性的实施例，并不以此为限。其中上限值和下限值可视实际噪声干扰的情形来调整，例如可依据原始语音信号的频率与采样单元的采样频率来调整上限值和下限值。

在得到内插参数函数的值后，处理单元102便可依据内插参数函数来计算降频信号窗中相邻两采样点间的内插值。以图2的实施例为例，在降频信号窗Wm中介于采样单元104之采样点s(2n)、s(2n+2)之间的内插点s(2n+1)以及介于采样点s(2n+2)、s(2n+4)之间的内插点s(2n+3)可分别如下式子所示：

在式(4)、式(5)中n为0或正偶数。依此类推，其他降频信号窗中采样点间的内插值也可以相同的方式求得，例如图2的降频信号窗Wm+1中采样点s(2n+4)、s(2n+6)之间的内插点s(2n+5)以及介于采样点s(2n+6)、s(2n+8)之间的内插点s(2n+7)也可以图2的实施方式求得，本领域技术人员应可依据上述实施例的方法推得其实施方式，因而在此不再赘述。

如上所述，本实施例为利用三角函数来估算采样点间的内插值，依据内插参数函数来计算降频信号窗中相邻两采样点间的内插值，由于三角函数的特性与声音信号的特性较相似，因此相较于现有技术单纯地利用算术平均数来求取内插值，本实施例的计算方式可获得更精确的内插值，而可有效地避免降频后的语音信号出现信号失真的情形。

图3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3。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，采样原始语音信号，以产生包括一序列的采样信号窗的采样语音信号(步骤S302)。接着，依据各采样信号窗中连续的三个采样值计算各采样信号窗对应的内插参数函数的值(步骤S304)，其中内插参数函数可依据各采样信号窗中连续的三个采样值间的三角函数关系计算而得，内插参数函数可为三角函数。之后，可接着判断内插参数函数的值是否小于上限值且大于等于下限值(步骤S306)，若内插参数函数的值未小于上限值或未大于等于下限值，则修正内插参数函数的值(步骤S308)，以去除不必要的噪声。其中上限值和下限值可视实际噪声干扰的情形来调整，例如可依据原始语音信号的频率与采样单元的采样频率来调整上限值和下限值，而内插参数函数的值的修正方式可例如为，当内插参数函数的值大于等于上限值时，将内插参数函数的值修正为上限值，当内插参数函数的值小于下限值时，将内插参数函数的值修正为下限值。在修正完内插参数函数的值后，可接着降频采样语音信号，以产生包括一序列的降频信号窗的降频信号(步骤S310)，然后依据各降频信号窗对应的内插参数函数的值计算各降频信号窗中相邻两采样点间的内插值(步骤S312)。相反地，若内插参数函数的值小于上限值且大于等于下限值，则直接进入步骤S310，降频采样语音信号。

综上所述，本发明的实施例利用三角函数来估算采样点间的内插值，也就是依据内插参数函数来计算降频信号窗中相邻两采样点间的内插值，由于三角函数的特性与声音信号的特性较相似，因此相较于现有技术，可获得更为精确的内插值，而可有效地避免降频后的语音信号出现信号失真的情形。

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。

Claims (8)

1.一种语音信号处理装置，其特征在于，包括：

处理单元，接收包括序列的采样信号窗的采样语音信号，并依据各所述采样信号窗中连续的三个采样值间的三角函数关系计算与各所述采样信号窗对应的内插参数函数的值，所述内插参数函数为三角函数，降频所述采样语音信号，以产生包括序列的降频信号窗的降频信号，依据各所述降频信号窗对应的内插参数函数的值计算各所述降频信号窗中相邻两采样点间的内插值，

其中第m个采样信号窗所对应的内插参数函数C_m(g)依据在所述第m个采样信号窗中连续采样的三个采样值

以及

之间的三角函数关系来求得，所述内插参数函数如下式所示：

其中g为0或正整数，C_m(g)为内插参数函数在时间点g的函数值。

2.根据权利要求1所述的语音信号处理装置，其特征在于，还包括：

采样单元，耦接所述处理单元，采样原始语音信号，以产生所述采样语音信号，所述处理单元还判断所述内插参数函数的值是否小于上限值且大于等于下限值，若所述内插参数函数的值未小于所述上限值或未大于等于所述下限值，修正所述内插参数函数的值。

3.根据权利要求2所述的语音信号处理装置，其特征在于，若所述内插参数函数的值大于等于所述上限值，将所述内插参数函数的值修正为所述上限值，若所述内插参数函数的值小于所述下限值，将所述内插参数函数的值修正为所述下限值。

4.根据权利要求3所述的语音信号处理装置，其特征在于，所述上限值与所述下限值关联于所述原始语音信号的频率与所述采样单元的采样频率。

5.一种语音信号处理方法，其特征在于，包括：

采样原始语音信号，以产生包括序列的采样信号窗的采样语音信号；

依据各所述采样信号窗中连续的三个采样值间的三角函数关系计算与各所述采样信号窗对应的内插参数函数的值，所述内插参数函数为三角函数，其中第m个采样信号窗所对应的内插参数函数C_m(g)依据在所述第m个采样信号窗中连续采样的三个采样值

以及

之间的三角函数关系来求得；

降频所述采样语音信号，以产生包括序列的降频信号窗的降频信号；以及

依据各所述降频信号窗对应的内插参数函数的值计算各所述降频信号窗中相邻两采样点间的内插值，

其中所述内插参数函数如下式所示：

其中g为0或正整数，C_m(g)为内插参数函数在时间点g的函数值。

6.根据权利要求5所述的语音信号处理方法，其特征在于，还包括：

判断所述内插参数函数的值是否小于上限值且大于等于下限值，若所述内插参数函数的值未小于所述上限值或未大于等于所述下限值，修正所述内插参数函数的值。

7.根据权利要求6所述的语音信号处理方法，其特征在于，若所述内插参数函数的值大于等于所述上限值，将所述内插参数函数的值修正为所述上限值，若所述内插参数函数的值小于所述下限值，将所述内插参数函数的值修正为所述下限值。

8.根据权利要求7所述的语音信号处理方法，其特征在于，所述上限值与所述下限值关联于所述原始语音信号的频率与采样单元的采样频率。

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