[发明专利]用于检测音调分量的系统、方法和设备

说明书

相关申请案

本申请案主张2005年12月5日申请的题为“DETECTION OF NARROWBAND SIGNALS USING LPC ANALYSIS”(代理人案号050299P1)的第60/742,846号美国临时 专利申请案的权益。

技术领域

本揭示案涉及信号处理。

背景技术

通过数字技术传输语音已变得普遍，尤其是在长途电话、包交换电话(例如IP语音 (VoIP))，和数字无线电话(例如蜂窝式电话)中。此迅速发展已引发确定在维持重建语 音的感知质量的同时可经一信道发送的最小信息量的兴趣。如果仅通过取样和数字化来 传输语音，那么可能需要大约为64千位/秒(kbps)的数据速率，以实现与常规模拟缆线 电话的语音质量相当的语音质量。然而，经由使用语音分析，继以适当的编码、传输和 在接收器处的重新合成，可实现数据速率的显著降低。

经配置以通过提取与人类语音产生模型相关的参数来压缩语音的装置称为“语音编 码器”。语音编码器通常包括编码器和解码器。编码器将传入的语音信号划分为时间区块 (或“帧”)，分析每一帧以提取某些相关参数，且将所述参数量化为二进制表示形式，例 如一组位或二进制数据包。数据包经通信信道(即，有线或无线网路连接)传输到包括 解码器的接收器。解码器接收和处理数据包，将其解量化(unquantize)以产生参数，且 使用所述解量化参数重建语音帧。

语音编码器的功能是通过去除语音中固有的自然冗余而将数字化语音信号压缩为低 位速率信号。数字压缩系通过以一组参数来表示输入语音帧且采用量化从而以一组位表 示所述参数而实现。如果输入语音帧具有位数目N_i，且由语音编码器产生的相应数据包 具有位数目N_o，那么所述语音编码器实现的压缩因子为C_r＝N_i/N_o。挑战在于保持经解 码的语音的高语音质量，同时实现目标压缩因子。语音编码器的性能视以下因素而定： (1)上述语音模型，或分析与合成过程的组合的执行情况；和(2)参数量化过程以每帧 N_o位的目标位速率执行的情况。因此，语音模型的目标是在针对每一帧使用一小组参数 的情况下俘获语音信号的信息内容，从而提供目标语音质量。

语音编码器可实施为时域编码器，其通过采用高时分辨率处理尝试俘获时域语音波 形，以同时编码语音的小片段(通常为5毫秒(ms)子帧)。对于每一子帧，可借助此项 技术中已知的各种搜索算法从码簿空间找到高精度表示形式。或者，语音编码器可实施 为频域编码器，其执行分析过程以俘获具有一组参数的输入语音帧的短期语音频谱，且 采用相应合成过程以从频谱参数中重建语音波形。根据已知量化技术(例如在A.Gersho 和R.M.Gray，Vector Quantization and Signal Compression(1992)中描述的量化技术)， 参数量化器通过使用所存储的码向量的表示形式来表示参数，而保留所述参数。

众所周知的时域语音编码器为码激发线性预测(CELP)编码器。此编码器的一个实 例在L.B.Rabiner和R.W.Schafer，Digital Processing of Speech Signals 396-453(1978) 中描述。在CELP编码器中，通过线性预测(LP)分析去除语音信号中的短期相关或冗 余，所述LP分析找到短期共振峰滤波器的系数。将短期预测滤波器应用于传入语音帧会 产生LP残余信号，其使用长期预测滤波器参数和后续随机码簿而进一步模型化和量化。 因此，CELP编码将编码时域语音波形的任务划分为编码LP短期滤波器系数和编码LP 残余的独立任务。时域编码可以固定速率(即，对于每一帧使用相同数目的位N_o)或以 可变速率(其中对于不同类型的帧内容使用不同位速率)来执行。可变速率编码器尝试 仅使用将编解码器参数编码到足以获得目标质量的程度所需的位数目。示范性可变速率 CELP编码器在第5,414,796号美国专利(Jacobs等人，1995年5月9日颁布)中描述。