专利名称：噪声合成的制作方法
技术领域：
本发明涉及噪声合成。具体来说，本发明涉及用于噪声合成的 装置和方法，所述噪声合成与采样率基本无关。
背景技术：
在声音合成器和(参数)解码器中必须合成噪声。这可以通过 应用一组参数来生成随机噪声并对其整形来实现，所述参数可以包括 但不限于一个或多个增益参数、时间包络参数和频谱包络参数。由随 机噪声发生器生成的噪声样本可以通过时间整形单元和/或频谱整形 单元进行处理，其中时间整形单元和频谱整形单元分别用于对噪声信 号的时间包络和频谱包络进行整形。
频谱整形单元通常包括整形滤波器，该整形滤波器的滤波器系 数是针对特定的采样频率例如44.1 kHz (CD采样频率)而确定的。 然而，由于实际上会使用各种数据存储格式，其中很多数据存储格式 具有其自己的采样频率(例如16. 0 kHz或48. 0 kHz)，因此有必要 将声音信号从一种采样频率转换到另一种采样频率。为此提供了采样 率转换器。但是采样率转换器相对昂贵，会显著地为应用该转换器的 装置增加成本。另一种方案是，可以重新计算滤波器系数来匹配新的 采样频率。但重新计算滤波器系数较为复杂而且需要大量的处理。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术的上述及其它问题，并提供 用于生成噪声特别是经频谱整形后的噪声的装置和方法，该装置和方 法能够在各种采样频率下生成噪声而无需使用采样率转换器或者重 新计算滤波器系数。
因此，本发明提供了一种用于生成经频谱整形后的噪声的装置，
4该装置包括滤波器单元，该滤波器单元用于应用代表频谱包络的滤波 器系数来对输入的噪声样本进行滤波处理，其中该滤波器系数是针对 在第一采样频率下使用的情况而确定的，并且在不同的第二采样频率 下应用相同的滤波器系数来重新生成经频谱整形后的噪声。
通过在不同的采样频率下应用该频谱包络滤波器，可以在不同 的采样频率下生成噪声而无需采样频率转换器。发明人发现，只要第 一采样频率和第二采样频率之差不太大，例如小于第一采样频率的 50%，则很有可能在不明显影响声音质量的情况下使频谱包络滤波器 在不同的频率下工作。因此，根据本发明，设计工作在16. 0 kHz下 的滤波器可以在22. 0 kHz下使用(+37.5%)。
如果期望与原始或第一采样频率偏离较多，则可以通过上采样 来有效地获得采样频率的倍频或者四倍频，从而提高噪声样本的数 量。可以通过在噪声样本之间插零以及实质上已知的后续滤波来进行 上采样。因此可以在上采样之后应用整形滤波器系数来进一步进行频 谱整形处理，从而降低混杂效应。
如上所述，在本发明中，当期望与原始采样频率偏离较小时不 使用上采样。
根据本发明的另一个重要方面，上述的两项技术可以合并起来 实现进一步的采样频率调整。如果(举例来说)设计用于]6.0 kHz 的滤波器在44. 1 kHz下使用，则本发明建议(1)通过上采样使采 样率倍增至32. 0 kHz,然后(2)在44. 1 kHz下使用32. 0 kHz的噪
声样本。
根据本发明的装置可以进一步包括时间包络整形单元以及重叠 相加(overlap-and-add)单元。滤波器单元优选地包括诸如拉盖尔 (La guerre ) 滤波器Z类白勺频率巻绕 (frequency-warped) 滤波器。
本发明还提供一种消费电子装置，其包括如上所述的装置，如 移动电话装置或者便携音频装置，本发明还提供一种包括上述装置的 音频系统。
本发明还提供一种生成经频谱整形后的噪声的方法，该方法包
括如下步骤接收噪声样本，
应用代表频谱包络的滤波器系数对所接收的噪声样本进行滤波 处理，以及
输出滤波后的噪声样本，
其中所述滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况确定 的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生成 频谱整形后的噪声。
可以通过上采样来增加噪声样本的数量，并且在上采样之后可 以应用整形滤波器系数来进一步进行频谱整形，优选的是低通滤波。 但是样本的数量也可以保持恒定。
本发明还提供了用于执行上述方法的计算机程序产品。计算机 程序产品可以包括一组存储在诸如CD或DVD之类的数据载体上的计 算机可执行指令。允许可编程计算机实现如上所述方法的该组计算机 可执行指令，也可以通过例如互联网从远程服务器下载获得。
下面参照附图中所示的示例性实施例来进一歩描述本发明，在 附图中
图1示意性示出根据本发明的装置的第一实施例。 图2示意性示出根据本发明的装置的第二实施例。
图3示意性示出可以用在图2所示实施例中的第一示例上采样 滤波器。
图4示意性示出可以用在图2所示实施例中的第二示例上采样 滤波器。
图5示意性示出根据本发明来提高采样频率的步骤。
具体实施例方式
在图1中仅作为非限定性的示例示出的噪声生成装置1包括时 间包络滤波器(TEF)单元11、重叠相加(0LA)单元12、和频谱包 络滤波器(SEF)单元13。输入终端10接收由随机噪声发生器2生
6成的随机噪声信号x(n)。尽管随机噪声发生器2被图示为外部单元， 其也可以并入装置1。
时间包络滤波器单元ll还接收定义了一个或多个时间包络的第 一参数或时间包络参数cl。滤波器单元11根据第一参数cl对随机 噪声x (n)的时间包络进行有效的整形。
随机噪声x(n)可以由按照帧的形式排列的样本组成。重叠相加 (0LA)单元12将重叠帧的(时间整形后的)样本相加来生成馈至频 谱包络滤波器(SEF)单元13的信号，频谱包络滤波器(SEF)单元 13还接收第二参数或频谱包络参数c2。在输出端19输出经时间整形 和频谱整形后的噪声信号z(n)。
频谱包络单元13通常包括滤波器(如拉盖尔滤波器)，该滤波 器用于将期望的频谱包络施加给噪声信号。滤波器参数决定于(等于) 第二参数c2。数字滤波器被设计为工作在特定的采样率下，该采样 率将被称为设计采样频率(DSF)或者设计采样率。也即，计算滤波 器参数以便在设计采样频率下产生特定的滤波器特性。当采用其它釆 样频率时，所得的包络将沿着频率轴平移。
根据本发明，频谱包络滤波器用在另一个采样频率即工作采样 频率下，该工作采样频率是为该滤波器设计的采样频率。发明人发现， 在特定的限度内，这种用法仍能获得令人满意的结果。具体来说，实 际采样频率或工作采样频率可以高于或低于设计采样频率的最多50 %，尽管其差值优选为最多40%。
使用本发明，频谱包络滤波器可以例如设计成在16.0 kHz下使 用而实际在16. 0 kHz和22. 05 kHz下使用。
如果设计采样频率和工作采样频率之差超过50%，优选使用图 2所示的实施例，其中使用了上采样处理。图2所示的实施例基本上 与图l中的实施例相同，只是增加了上采样(US)单元14和整形滤 波器(SF)单元15。上采样单元14通过在样本之间插零来对噪声进 行上采样。在相邻的样本之间插入单个零值会导致采样频率的倍增， 而在每一对样本之间插入两个零值会有效地将采样频率增至三倍。上 采样会引入不期望的频谱分量，通过整形滤波器15来去除这些不期
7望的频谱分量。
图3示出了 (上采样)整形滤波器15的一种适合的整形滤波器 特性曲线。示出了作为归一化频率f的函数的幅值A(以分贝表示)， f=l的值对应于原始(即设计)采样频率的一半，原始采样频率对 应于原始Nyquist频率。可以看出，在此示例中，低通滤波器特性曲 线S的幅值在f=0. 8处取-3 dB的值。因此，任何超过原始Nyquist 频率的混杂分量都将被抑制。
图4示出了 (上采样)整形滤波器15的另一种适合的整形滤波 器特性曲线。仍然示出了作为归 一 化频率f的函数的幅值A (以分贝 表示)，f=l的值对应于原始(即设计)采样频率的一半，原始采 样频率对应于原始Nyquist频率。在该示例中，所使用的采样频率将 会加倍。因此，新的Nyquist频率将对应于e2.0的值，该值(在本 实施例中)还对应于原始采样频率。
在图4的示例中，低通滤波器特性曲线S的幅值在f=0和f=1.0 之间基本恒定，然后逐渐降至f:2. 0处的大约-40分贝。因此，仅部 分地抑制了混杂分量。在图4中示出了原始噪声频谱T以及增加的频 谱T' ， T'是由于插零导致的混杂所造成的。图4中的滤波器特性 曲线S仅部分地抑制这些混杂分量T'，造成了高频的频谱部分V。 可以看出，由于插零，会使得频谱通过使用原始频谱T的混杂分量T' 而有效地从f=l. O扩展至f=2. 0。通过这种方法可以生成扩展的频谱。
图5示出了本发明中将设计成在16.0 kHz的采样频率下使用的 滤波器用于44. 1 kHz下的方法。
从阶段I和16. 0 kHz的采样频率开始，在阶段II通过应用22. 05 kHz的采样频率(步骤A)来有效地平移频谱，然后在阶段m使采样 频率倍增(步骤B)以获得44.1 kHz的采样频率。通过前述的上釆 样以及随后的滤波处理来实现采样频率的倍增。
本发明基于如下的认识，S卩，滤波器(特别是频谱包络滤波器) 可以在与其设计采样频率不同的采样频率下工作。本发明还得益于如 下进一步的认识，即可以有利地使用上采样处理来有效地减小针对滤 波器而设计的工作采样频率与该滤波器实际工作时的工作频率之间
8的差。
注意，此文件中所使用的任何术语都不应理解为是对本发明的 范围的限定。特别是，词语"包括"和"包含"并非意在排除任何没 有具体规定的元素。单个的(电路)元件可以由多个(电路)元件或 其等价物代替。
本领域的技术人员应当理解，本发明不限于上述的实施例，在 不偏离由权利要求限定的发明范围的前提下可以做出很多修改和增 补。
权利要求
1. 一种用于生成经频谱整形后的噪声的装置(1)，该装置包括滤波器单元(13)，该滤波器单元(13)用于应用代表频谱包络的滤波器系数来对输入噪声样本进行滤波处理，其中该滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况而确定的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生成经频谱整形后的噪声。
2. 如权利要求l所述的装置，包括用于对噪声样本进行上采样处理的上采样单元(14)。
3. 如权利要求2所述的装置，其中在上采样处理之后应用整形滤波器系数进行进一步的频谱整形。
4. 如权利要求l所述的装置，还包括时间包络整形单元(11)和重叠相加单元(12)。
5. 如权利要求l所述的装置，其中滤波器单元(13)包括频率巻绕滤波器。
6. 如权利要求5所述的装置，其中所述频率巻绕滤波器是拉盖尔滤波器。
7. —种消费电子装置(9)，包括如权利要求1所述的装置(l.)。
8. 如权利要求7所述的消费电子装置，该消费电子装置为移动电话装置或者便携音频装置。
9. 一种包含如权利要求1所述的装置(1)的音频系统。
10. —种生成经频谱整形后的噪声的方法，该方法包括如下步骤接收噪声样本，应用代表频谱包络的滤波器系数来对所接收的噪声样本进行滤 波处理，以及输出滤波后的噪声样本，其中所述滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况而确 定的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生 成经频谱整形后的噪声。
11. 如权利要求io所述的方法，其中通过上采样处理来增加噪 声样本的数量。
12. 如权利要求11所述的方法，其中在上采样处理之后进一步 应用整形滤波器系数进行频谱整形。
13. 如权利要求10所述的方法，其中所述滤波器系数是频率巻 绕滤波器系数。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述滤波器系数是拉盖尔滤波器系数。
15. 如权利要求10所述的方法，其中在进行滤波处理之前对所 接收的噪声样本进行时间整形处理。
16. —种用于执行如权利要求10所述的方法的计算机程序产
全文摘要
用于生成经频谱整形后的噪声的装置(1)，该装置包括滤波器单元(13)，该滤波器单元(13)用于应用代表频谱包络的滤波器系数来对输入噪声样本进行滤波处理。该滤波器系数是针对在第一采样频率下使用的情况而确定的，并且在不同的第二采样频率下应用相同的滤波器系数来重新生成经频谱整形后的噪声。还可以通过上采样单元(14)来改变噪声频谱。
文档编号G10L21/00GK101479790SQ200780024555
公开日2009年7月8日 申请日期2007年6月27日 优先权日2006年6月29日
发明者安德烈亚斯·赫里茨, 马雷克·什切尔巴 申请人:Nxp股份有限公司