TWI566241B - 語音信號處理裝置及語音信號處理方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種信號處理裝置，且特別是有關於一種語音信號處理裝置及語音信號處理方法。
一般對於聽障人士來說，其往往無法清楚地接收較高頻的語音信號，例如子音信號，但對於低頻的信號卻可以清楚地聽到。然而，在對信號進行降頻後，由於時間長度變長，連續的兩個取樣信號之間的信號值需利用內插的方式來求得，例如若將聲音信號從高頻信號降為只有一半頻率的低頻信號時，時間長度將變為原本的兩倍，取樣訊號與取樣訊號間的新訊號，必須透過內差的方式求得。由於聲音信號的特性比較接近弦波，若以一般算數平均的方式來求取內插的信號值，往往會使得降頻後的信號出現信號失真的情形。
本發明提供一種語音信號處理裝置及語音信號處理方法，可有效地避免降頻後的語音信號出現信號失真的情形。
本發明的語音信號處理裝置包括處理單元，其接收包括序列的取樣信號框的取樣語音信號，並依據各取樣信號框中連續的三個取樣值計算與各取樣信號框對應的內插參數函數之值，降頻取樣語音信號，以產生包括序列的降頻信號框的降頻信號，依據各降頻信號框對應的內插參數函數之值計算各降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插值。
在本發明的一實施例中，上述語音信號處理裝置更包括取樣單元，其耦接處理單元，取樣原始語音信號，以產生取樣語音信號，處理單元更判斷內插參數函數之值是否小於上限值且大於等於下限值，若內插參數函數之值未小於上限值或未大於等於下限值，修正內插參數函數之值。
在本發明的一實施例中，其中若內插參數函數之值大於等於上限值，將內插參數函數之值修正為上限值，若內插參數函數之值小於下限值，將內插參數函數之值修正為下限值。
在本發明的一實施例中，上述上限值與下限值關聯於原始語音信號之頻率與取樣單元之取樣頻率。
在本發明的一實施例中，上述處理單元更依據各取樣信號框中連續的三個取樣值間的三角函數關係計算各取樣信號框對應的內插參數函數。
在本發明的一實施例中，上述內插參數函數為三角函數。
本發明的語音信號處理方法包括下列步驟。取樣原始語音信號，以產生包括序列的取樣信號框的取樣語音信號。依據各取樣信號框中連續的三個取樣值計算各取樣信號框對應的內插參數函數之值。降頻取樣語音信號，以產生包括序列的降頻信號框的降頻信號。依據各降頻信號框對應的內插參數函數之值計算各降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插值。
在本發明的一實施例中，上述語音信號處理方法更包括，判斷內插參數函數之值是否小於上限值且大於等於下限值，若內插參數函數之值未小於上限值或未大於等於下限值，修正內插參數函數之值。
在本發明的一實施例中，其中若內插參數函數之值大於等於上限值，將內插參數函數之值修正為上限值，若內插參數函數之值小於下限值，將內插參數函數之值修正為下限值。
在本發明的一實施例中，其中上限值與下限值關聯於原始語音信號之頻率與取樣單元之取樣頻率。
在本發明的一實施例中，上述語音信號處理方法包括，依據各取樣信號框中連續的三個取樣值間的三角函數關係計算各取樣信號框對應的內插參數函數。
在本發明的一實施例中，上述內插參數函數為三角函數。
基於上述，本發明的實施例依據取樣信號框中連續的三個取樣值來計算與取樣信號框對應的內插參數函數之值，並依據內插參數函數之值來計算降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插
值，以獲得精確的內插值，有效地避免降頻後的語音信號出現信號失真的情形。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
102‧‧‧處理單元
104‧‧‧取樣單元
S1‧‧‧原始語音信號
S2‧‧‧取樣語音信號
S3‧‧‧降頻信號
Wm、Wm+1‧‧‧降頻信號框
s(2n)、s(2n+2)、s(2n+4)、s(2n+6)、s(2n+8)‧‧‧取樣點
s(2n+1)、s(2n+3)、s(2n+5)、s(2n+7)‧‧‧內插點
S302~S312‧‧‧語音信號處理方法的流程步驟
圖1繪示為本發明一實施例之語音信號處理裝置的示意圖。
圖2繪示本發明一實施例之降頻信號的示意圖。
圖3繪示本發明一實施例之語音信號處理方法的流程示意圖。
圖1繪示為本發明一實施例之語音信號處理裝置的示意圖，請參照圖1。語音信號處理裝置包括處理單元102以及取樣單元104，處理單元102耦接取樣單元104，其中處理單元102可例如以中央處理單元來實施，而取樣單元104則可例如以邏輯電路來實施，然不以此為限。取樣單元104可取樣原始語音信號S1,以產生取樣語音信號S2，其中取樣語音信號S2包括一序列的取樣信號框。處理單元102可依據各個取樣信號框中連續的三個取樣值計算與各個取樣信號框對應的內插參數函數的值，此外，還可對取樣語音信號S2進行降頻以產生包括一序列的降頻信號框的
降頻信號，並依據各個降頻信號框所對應的內插參數函數的值來計算各個降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插值，其中內插參數函數為三角函數，例如正弦函數或餘弦函數，然不以此為限。
舉例來說，圖2繪示本發明一實施例之降頻信號的示意圖，請參照圖2。在圖2中，實心圓點的部分為取樣單元104的取樣點，而空心圓點的部分則為處理單元102所計算出的內插點。在此假設取樣語音信號S2中第m個取樣信號框的中在時間點n的取樣值為(n)，其中m為正整數，n為0或正整數。另外，在本實施例中，對取樣語音信號S2進行降頻後所得到之降頻信號S3的頻率為取樣語音信號S2的頻率之一半，若假設降頻信號S3中第m個降頻信號框Wm(其對應取樣語音信號S2的第m個取樣信號框)中時間點n的取樣值為s m (n)，則降頻前後同一取樣點的對應關係可如下式所示：
處理單元102可依據在各個取樣信號框中連續的三個取樣值計算與各個取樣信號框對應的內插參數函數，例如，第m個取樣信號框所對應的內插參數函數C m (g)可依據取樣單元104在取樣信號框中連續取樣的三個取樣點(2g)、(2g+1)以及(2g+2)來求得，在取樣信號框的時間範圍內所對應的內插參數函數可如下式所示：
其中g為0或正整數，C m (g)為內插參數函數在時間點g的函數值。
由於語音信號處理裝置在信號處理的過程中可能會有雜訊產生，而導致計算出的內插參數函數的值包含雜訊的成分，如此將影響處理單元102求取內插值的精確度。處理單元102可藉由判斷內插參數函數之值是否落於一預設範圍內來檢視內插參數函數的值是否受到雜訊干擾，例如可判斷內插參數函數之值是否小於上限值且大於等於下限值，若內插參數函數之值未小於上限值或未大於等於下限值，則代表參數函數的值受到雜訊干擾，處理單元102可修正內插參數函數之值，以去除內插參數函數之值中所包含的雜訊成分。例如，若內插參數函數之值大於等於上限值，處理單元102可將內插參數函數之值修正為上限值，若內插參數函數之值小於下限值，處理單元102可將內插參數函數之值修正為下限值，而若內插參數函數之值小於上限值且大於等於下限值，則不須對內插參數函數之值進行修正。舉例來說，在圖2之實施例中，內插參數函數C m (g)之值的修正方式可以下列式子表示：
亦即上述的上限值和下限值在圖2的實施例中分別為1和0.5，若語音信號處理裝置在信號處理的過程中受到雜訊的影響，而使得內插參數函數C m (g)之值大於等於1，則處理單元102
將內插參數函數C m (g)之值修正為1，而若內插參數函數C m (g)之值小於0.5，則處理單元102將內插參數函數C m (g)之值修正為0.5。值得注意的是，式(3)之上限值和下限值僅為示範性的實施例，並不以此為限。其中上限值和下限值可視實際雜訊干擾的情形來調整，例如可依據原始語音信號之頻率與取樣單元之取樣頻率來調整上限值和下限值。
在得到內插參數函數之值後，處理單元102便可依據內插參數函數來計算降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插值。以圖2的實施例為例，在降頻信號框Wm中介於取樣單元104之取樣點s(2n)、s(2n+2)之間的內插點s(2n+1)以及介於取樣點s(2n+2)、s(2n+4)之間的內插點s(2n+3)可分別如下式子所示：
在式(4)、式(5)中n為0或正偶數。依此類推，其他降頻信號框中取樣點間的內插值亦可以相同的方式求得，例如圖2之降頻信號框Wm+1中取樣點s(2n+4)、s(2n+6)之間的內插點s(2n+5)以及介於取樣點s(2n+6)、s(2n+8)之間的內插點s(2n+7)亦可以圖2的實施方式求得，本領域具通常知識者應可依據上述實施例的教示推得其實施方式，因而在此不再贅述。
如上所述，本實施例為利用三角函數來估算取樣點間的
內插值，依據內插參數函數來計算降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插值，由於三角函數的特性與聲音信號的特性較相似，因此相較於習知技術單純地利用算術平均數來求取內插值，本實施例的計算方式可獲得更精確的內插值，而可有效地避免降頻後的語音信號出現信號失真的情形。
圖3繪示本發明一實施例之語音信號處理方法的流程示意圖，請參照圖3。由上述實施例可知，語音信號處理裝置的語音信號處理方法可包括下列步驟。首先，取樣原始語音信號，以產生包括一序列的取樣信號框的取樣語音信號(步驟S302)。接著，依據各取樣信號框中連續的三個取樣值計算各取樣信號框對應的內插參數函數之值(步驟S304)，其中內插參數函數可依據各取樣信號框中連續的三個取樣值間的三角函數關係計算而得，內插參數函數可為三角函數。之後，可接著判斷內插參數函數之值是否小於上限值且大於等於下限值(步驟S306)，若內插參數函數之值未小於上限值或未大於等於下限值，則修正內插參數函數之值(步驟S308)，以去除不必要的雜訊。其中上限值和下限值可視實際雜訊干擾的情形來調整，例如可依據原始語音信號之頻率與取樣單元之取樣頻率來調整上限值和下限值，而內插參數函數之值的修正方式可例如為，當內插參數函數之值大於等於上限值時，將內插參數函數之值修正為上限值，當內插參數函數之值小於下限值時，將內插參數函數之值修正為下限值。在修正完內插參數函數之值後，可接著降頻取樣語音信號，以產生包括一序列的降頻信
號框的降頻信號(步驟S310)，然後依據各降頻信號框對應的內插參數函數之值計算各降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插值(步驟S312)。相反地，若內插參數函數之值小於上限值且大於等於下限值，則直接進入步驟步驟S310，降頻取樣語音信號。
綜上所述，本發明的實施例利用三角函數來估算取樣點間的內插值，亦即依據內插參數函數來計算降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插值，由於三角函數的特性與聲音信號的特性較相似，因此相較於習知技術，可獲得更為精確的內插值，而可有效地避免降頻後的語音信號出現信號失真的情形。
S302~S312‧‧‧語音信號處理方法的流程步驟
Claims (8)
- 一種語音信號處理裝置，包括：一處理單元，接收包括一序列的取樣信號框的取樣語音信號，並依據各該取樣信號框中連續的三個取樣值計算與各該取樣信號框對應的內插參數函數之值，對該取樣語音信號進行降頻，以產生包括一序列的降頻信號框的降頻信號，依據各該降頻信號框對應的內插參數函數之值計算各該降頻信號框中相鄰兩取樣點間的內插值，其中第m個取樣信號框所對應的內插參數函數C m (g)如下所示：其中g為0或正整數，(2g)、(2g+1)以及(2g+2)為該第m個取樣信號框中連續取樣的三個取樣點。
- 如申請專利範圍第1項所述的語音信號處理裝置，更包括：一取樣單元，耦接該處理單元，取樣一原始語音信號，以產生該取樣語音信號，該處理單元更判斷該內插參數函數之值是否小於一上限值且大於等於一下限值，若該內插參數函數之值未小於該上限值或未大於等於該下限值，修正該內插參數函數之值。
- 如申請專利範圍第2項所述的語音信號處理裝置，其中若該內插參數函數之值大於等於該上限值，將該內插參數函數之值修正為該上限值，若該內插參數函數之值小於該下限值，將該內插參數函數之值修正為該下限值。
- 如申請專利範圍第3項所述的語音信號處理裝置，其中該上限值與該下限值關聯於該原始語音信號之頻率與該取樣單元之取樣頻率。
- 一種語音信號處理方法，包括：取樣一原始語音信號，以產生包括一序列的取樣信號框的取樣語音信號；依據各該取樣信號框中連續的三個取樣值計算與各該取樣信號框對應的內插參數函數之值，其中第m個取樣信號框所對應的內插參數函數C m (g)如下所示：
- 如申請專利範圍第5項所述的語音信號處理方法，更包括：判斷該內插參數函數之值是否小於一上限值且大於等於一下限值，若該內插參數函數之值未小於該上限值或未大於等於該下限值，修正該內插參數函數之值。
- 如申請專利範圍第6項所述的語音信號處理方法，其中若 該內插參數函數之值大於等於該上限值，將該內插參數函數之值修正為該上限值，若該內插參數函數之值小於該下限值，將該內插參數函數之值修正為該下限值。
- 如申請專利範圍第7項所述的語音信號處理方法，其中該上限值與該下限值關聯於該原始語音信號之頻率與該取樣單元之取樣頻率。
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