一种削波控制的方法和装置的制作方法

专利名称：一种削波控制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种削波控制的方法和装置。
技术背景在实际的数字信号处理系统中输出信号范围总是有限的，比如16比特 的数字信号所具有的最大电平范围是[-32768， 32767]。当输出信号超出这 一范围时就会对其进行限幅处理，也就是削波处理。这种非常有效且简单 的处理方法在许多数字信号处理系统中都有应用。在语音通讯以及一般音 频处理中存在着削波现象，当信号被削波时，会产生大量的高频谐波，信 号的时域连续性被破坏。这种信号的不连续会严重影响听觉感受，主观质 量会有明显的降低。为了改善由于削波引起的主观质量下降，目前常见处理中一般有三次 样条预测、AR预测等方法。但目前来说这些方法都不能自动检测出削波信 号，也不能对削波信号进行自适应的增益调整，也很难从本质上提升被削 波信号的主观质量；此外，对于三次样条预测、AR预测等削波恢复方法， 由于在系统的中间处理过程中，信号的范围可能比输入、输出端的信号范 围大，因此采用单一 的削波信号恢复的方法产生的恢复信号的范围有可能 会超出输入、输出信号的范围，在系统输出时仍有可能产生削波信号。

发明内容
本发明实施例提供了 一种削波控制的方法和装置，以解决现有削波恢 复方法不能自动检测出削波信号，输出信号的主观质量差的问题。
一种削波控制的方法，包括
根据当前帧信号中的最大绝对值FrameLev更新削波因子； 才艮据所述削波因子获取削波恢复滤波器；
根据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进行滤波，获得滤波后的 削波恢复信号。
一种削波控制的装置，包括
削波因子更新单元，用于根据当前帧信号中的最大绝对值FrameLev更 新削波因子；
削波恢复滤波器获取单元，用于根据所述削波因子获取削波恢复滤波
器
滤波单元，用于才艮据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进行滤波， 获得滤波后的削波恢复信号。
本发明实施例通过当前帧信号中的最大绝对值FrameLev更新削波因 子，获取削波恢复滤波器，根据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进 行滤波，获得滤波后的削波恢复信号。使得可以自动检测出是否出现了削 波现象，并进行削波恢复，提高了输出信号的主观质量。


图1是本发明实施例提供的一种削波控制的方法；图2是本发明实施例提供的另一种削波控制的方法； 图3是本发明实施例提供的一种削波控制的信号示意图； 图4是本发明实施例提供的另一种削波控制的方法； 图5是本发明实施例提供的一种削波控制的装置； 图6是本发明实施例提供的另 一种削波控制的装置。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种削波控制的方法，包括
步骤l01:根据当前帧信号中的最大绝对值FrameLev更新削波因子；
步骤l02:根据所述削波因子获取削波恢复滤波器；
步骤103:根据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进行滤波，获得 滤波后的削波恢复信号。
本发明实施例通过当前帧信号中的最大绝对值FrameLev更新削波因 子，获取削波恢复滤波器，根据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进 行滤波，获得滤波后的削波恢复信号。使得可以自动检测出是否出现了削 波现象，并进行削波恢复，提高了输出信号的主观质量，其中，所述主观 质量用来描述语音或音频信号的质量。
如图2所示为本发明实施例提供的另一种削波控制的方法，假设输入 的语音/音频信号的采样率是8000，信号处理的帧长为20ms,即一帧信号 为160个采样点，信号处理系统为16比特，即系统的输入信号和输出信号 的范围为[-32768， 32767]。假设系统处理的第K帧输入信号表示为&{"0)a(1),...a(159)},则所述方法包括
步骤201:搜索当前帧信号中的最大绝对值FrameLev，其中， Frame丄ev = afo(^ 。), / = O，l,…159 ，其中，"(0为输入信号的当前帧信号；
步骤202:根据当前帧信号中的FrameLev判断当前的输入信号的状态， 输入信号的不同状态，削波因子C做相应更新。具体过程如下
A) 如果FrameLev〉THRl，则^人为输入信号处于削波状态，此时，快速 递增削波因子C，即<^=&—,+A。
B) 如果THRl〉-FrameLev〉THR2，则i人为输入信号虽然没有处于削波状 态，但是很接近削波状态，处于临近削波状态，此时，緩慢递减增削波因
子C, 即G =c;m-A。
C) 如果THR2—FrameLev〉THR3，则认为输入信号没有处于削波状态， 而且信号幅度不大，此时，快速递减削波因子C,即G-C^-A。
D) 如果THR3〉-FrameLev,则"i人为输入信号没有处于削波状态，而且
信号幅度很小，保持削波因子c不变，即G-c"。
经过上述判断及削波因子更新过程中，对当前帧削波因子G规整至[G，1] 区间内，即
—0 Cfc < 0 G=< 1 C*>1
其中THR1、 THR2、 THR3分别为第一门限、第二门限和第三门限，用来 表示信号的的幅度区间，-2X<=THR3<THR2<THR1<=2X， x为信号处理系统的位本发明实施例以 16 位信号处理系统为例，则， _32768<=THR3<THR2<THR1<=32767; ^,^，A表示削波因子c的更新速度， "A<A<A"， G为当前帧信号的削波因子，,为为上一帧信号的削波 因子。在本实施例中，优选地，THR1-32766 ， THR2=32767*0.9 , THR3=32767*0. 1, A =0.1,A =0.005,尺=0.01，C。 =0。
步骤203:根据当前帧削波因子更新削波恢复滤波器。削波恢复滤波器 为 一 个全通滤波器， 一 个N阶的全通滤波器的状态函数为
",、(1 —fl,z)x(1 —a2z)."(l — "wz) ^ ^ " i I 1 A 士
(z —a,)x(z —a2》..(z — )
实施例中削波恢复滤波器采用 一 阶全通滤波器，其状态函数为
，=^ i I ，
Z — W ，其中滤波器参数^由削波因子决定，/7,= C4, l"卜1。在本
实施例中，优选地，"=—0.5。
步骤204:利用削波恢复滤波器对当前帧信号&WW，^)，…A(1SW进 行滤波，得到滤波后的削波恢复信号& "'(G)，"'(1)，…，V(159)}。具体滤波过 程如下
假设当前帧信号在z域表示为&(z),削波恢复在z域表示为& (z) 则滤波过程可在z域表示为
一l相应在时域可表示为
<formula>formula see original document page 13</formula>
令h-"wuvw,为滤波过程的中间变量，
则滤波在时域可表示为
<formula>formula see original document page 13</formula>
步骤205:由于在系统的中间处理过程中，信号的范围可能超出 [-32768, 32767],因此当信号幅度4艮大时，在最终系统输出时仍会进行削 波，得到的最终输出信号仍有削波信号，主观质量不高。因此在对信号进 行削波恢复后，更进一步的，本发明实施例还可以对削波恢复信号进行自 动增益控制，使其能够在系统输出端正常输出。自动增益控制的具体过程 如下
1)计算自动增益控制因子。
自动增益控制因子由当前帧的削波因子决定，即 1+2^1。
其中，a是增益更新因子，也由削波因子决定。具体的，&表示了信 号幅度的一种趋势，若G为快速上升期且G <77^4，则可以令"=0.5，代 表快速过渡到期望增益；若G为快速上升期且77汉4^G ，则可以令 = 0.5 + 0.49*(Ct-0.75)*4，代表从快速过渡变化到緩慢过渡到期望增益；上 述两种情形之外"=0.",代表緩慢过渡到期望增益。其中THR4表示了削波
因子G的削波状态区间，在本实施例中THR4-0. 75。2)根据自动增益控制因子对削波恢复后的信号进行增益调整，调整的 具体过程包括
■由上一帧自动增益控制因子g"和当前帧的自动增益控制因子&内
插得到当前帧信号的增益控制曲线G{g(0)，g(l),...g(159)}。内插过程可 以为线性内插洲u" "1 ，其中N为一帧信号中的采样点 个数(实施例中N-160);也可以是通过余弦窗或其它方法内插得到。
■对削波恢复信号进行增益调整，得到增益调整后的最终输出信号 S'V( (0)，Al)，…，s"(159)〉。调整过程为s"(0"'0)xg(/)。
需要说明的是，步骤205为可选步骤，为削波恢复基础上进行的进一步 优化处理，可以进一步保证最终输出的信号消除削波现象，得到主观质量 较好的恢复信号。
通过本发明实施例提供的削波恢复方法可以自适应的检测出削波信 号，并自适应的对削波信号进行恢复，更进一步的，本发明实施例还可以 对信号进行自动增益控制，保证最终输出的信号消除削波现象，得到主观 质量较好的恢复信号。
如图3所示为实际信号处理时的信号示意图，在图3中，第一个Clipped
信号为系统的输入信号，可以观察到明显的削波现象；第二个 Clipping—factor信号为系统处理中的削波因子G;第三个Gain信号为系统 处理中的自动增益控制因子gj第四个Restored信号为系统处理后的最终 输出信号。从图3中可以看到，在phase l阶段，输入信号在正常幅度范围之内，没有削波信号，在这阶段内削波因子G—直为O,增益因子&一直为 1,即对信号除了一个釆样点延迟之外没有其它改变；在phase 2阶段，当 信号幅度变大，出现削波信号时，削波因子CV决速递增，实现对削波信号 的恢复，同时增益因子&也快速下降，对信号的能量进行衰减，确保最终 输出信号不会出现削波信号，当输入信号幅度从大变小，从削波状态进入 正常状态时，削波因子CV决速下降，增益因子^緩慢下降，对信号进行微 调；在phase 3阶段可以看到，当出现连续削波信号时，削波因子(^会根据 输入信号的幅度进行不同速度的更新，增益因子g^也会随之进行调整，从 而使最终系统输出的信号能有很好的主观质量。
如图4所示，为本发明实施例提供的另一种削波控制的方法，具体应 用场景与上一实施例相同。所述方法包括
步骤401-步骤403:与步骤301-步骤303相同；
步骤404:由当前帧的削波因子确定自动增益控制因子，即 (l一a)
1 + 2|CA|。其中，"是增益更新因子，也由削波因子决定。具体的， G表示了信号幅度的一种趋势，若G为快速上升期且G〈77/i 4,则可以令 "=0.5，代表快速过渡到期望增益；若G为快速上升期且r7/i 4S^,则可 以令a = 0.5 + 0.49*(Ct - 0.75)*4 ,代表从快速过渡变化到緩慢过渡到期望增 益；上述两种情形之外"=0.99，代表緩慢过渡到期望增益。其中THR4表示 了削波因子G的削波状态区间，在本实施例中THR4-0. 75。
步骤405 :利用削波恢复滤波器对输入信号的当前帧信号 &{^(0)，^(1)，—，^159)}进行削波恢复，同时进行能量增益调整，得到调整后的最终输出信号^""(o)，？'(1),…,，(159》。详细过程如下
G(O) = ， G0') = G(/ -1) + -1
160
V(z') = Wx^(z)-;vi V'(!),)xV(z') h = A('.)uV(0
在上一实施例中，由输入信号&"(o"①，…A("^经过削波恢复滤波
器得到滤波后的削波恢复信号&(V(0),V(1)，…，V059))，再对削波恢复信号 进行自动增益控制获得S", {A0)Z(1D'(159)}，具体实施时可以由两个单 循环实现，即得到削波恢复信号的160个值后，再进^f亍自动增益控制获得 ;W(0)，y'(l)，…，？'(l^"的160个值；与上一实施例相比，本实施例的区别在
于将能量调整和削波恢复在同一步骤中实现，在具体实施时可以由一个双
重循环实现，即得到v(!')后直接进行自动增益控制从而获得z(O 。
通过本发明实施例提供的削波恢复方法可以自适应的检测出削波信 号，并自适应的对削波信号进行恢复和自动增益控制，保证最终输出的信 号消除削波现象，得到主观质量较好的恢复信号。
相对应于本发明实施例提供的削波控制的方法，本发明实施例还提供 了 一种削波控制的装置，上述方法实施例中的步骤可以相应地应用于装置
实施例中。如图5所示，为本发明实施例提供的一种削波控制的装置，所 述装置包括
削波因子更新单元501 ，用于根据当前帧信号中的最大绝对值FrameLev 更新削波因子；
削波恢复滤波器获取单元502，用于4艮据所述削波因子获取削波恢复滤
波器滤波单元503，用于根据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进行滤 波，获得滤波后的削波恢复信号。
如图6所示为本发明实施例提供的另一种削波控制的装置，具体为图5 的进一步细化，还包括
自动增益控制因子计算单元601 ，用于才艮据所述削波因子计算自动增益 控制因子；
增益调整单元602,用于才艮据自动增益控制因子对所述削波恢复信号进 行增益调整，获得输出信号。
规整单元603，用于将所述削波因子更新单元501输出的当前帧信号的
削波因子规整到[G，1]区间内。
进一步的，如果FrameLev〉THRl，则所述削波因子更新单元501具体用 于快速递增削波因子C，即q-Cw+A;或，
如果THRl〉-FrameLev〉THR2，则所述削波因子更新单元501具体用于 緩慢递减增削波因子C,即G:C"-A;或，
如果THR2^FrameLev〉THR3，则所述削波因子更新单元501具体用于 快速递减削波因子C，即G-Cw-或，
如果THR3〉-FrameLev,则所述削波因子更新单元501具体用于保持削 波因子C不变，即G-C"w;
其中，THR1 、 THR2 、 THR3用来表示信号的幅度区间， -2X<=THR3<THR2<THR1<=2X, x为信号处理系统的位数，A，A，A用于表示削 波因子C的更新速度，0《A<A<A", G为当前帧信号的削波因子，C" 为为上一帧信号的削波因子。当所述削波恢复滤波器为一阶全通滤波器时，所述削波恢复滤波器获
取单元502具体用于获取所述一阶全通滤波器的状态函数
賜=^ z-W
其中，^为滤波器参^:, ^="cA， l"卜1， G为当前帧信号的削波因子。 所述滤波单元503具体用于根据下式对所述当前帧信号进行滤波，获得
滤波后的削波恢复信号
所述自动增益控制因子计算单元601根据下式计算自动增益控制因子 —,(l一a)
其中，^为当前帧信号的自动增益控制因子，g^为上一帧信号的自动 增益控制因子，C^为当前帧信号的削波因子，a是增益更新因子。
所述增益调整单元602具体用于4艮据上一帧信号的自动增益控制因子 和当前帧信号的自动增益控制因子&内插获得增益控制曲线，对 所述削波恢复信号进行增益调整，获得输出信号AO^'(z')xg(z')。
优选地，所述增益调整单元602具体用于才艮据上一帧信号的自动增益控
制因子gw和当前帧信号的自动增益控制因子&采用线性内插获得增益控 制曲线G固:
洲^,+!xH',其中N为一帧信号中的采样点个数。
本发明实施例提供了 一种削波控制的装置，通过当前帧信号的最大绝 对值可以自适应的检测出削波信号，从而自适应的对削波信号进行恢复，更进一步的，本发明实施例还可以对信号进行自动增益控制，保证最终输 出的信号消除削波现象，得到主观质量较好的恢复信号。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本 发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬 件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发 明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式
体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、 光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服 务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所 述的方法。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有 许多变形和变化而不脱离本发明的精神，本发明的申请文件的权利要求包 括这些变形和变化。
权利要求
1、一种削波控制的方法，其特征在于，包括根据当前帧信号中的最大绝对值FrameLev更新削波因子；根据所述削波因子获取削波恢复滤波器；根据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进行滤波，获得滤波后的削波恢复信号。
2、 如权利要求l所述的削波控制的方法，其特征在于，所述方法还包括根据所述削波因子计算自动增益控制因子；根据自动增益控制因子对所述削波恢复信号进行增益调整，获得输出 信号。
3、 如权利要求l所述的削波控制的方法，其特征在于，所述根据当前 帧信号中的最大绝对值FrameLev更新削波因子包括如果FrameLev〉THRl，则快速递增削波因子C，即(^-C^+A;或， 如果THRl〉-FrameLev〉THR2，则緩慢递减增削波因子C，即G-C"-A;或，如果THR2卜FrameLev〉THR3，则快速递减削波因子C,即&=&-或，如果THR3〉-FrameLev，则保持削波因子C不变，即G-C"; 其中，THR1、 THR2、 THR3用来表示信号的幅度区间， -2X<=THR3<THR2<THR1<=2% x为信号处理系统的位数，々"凡，A用于表示削波因子c的更新速度，o《A<A<A"， ^为当前帧信号的削波因子，c"为 为上一帧信号的削波因子。
4、 如权利要求3所述的削波控制的方法，其特征在于，所述根据当前 帧信号中的最大绝对值FrameLev更新削波因子后还包括将当前帧信号的削波因子规整到[G，1]区间内。
5、 如权利要求l所述的削波控制的方法，其特征在于，当所述削波恢 复滤波器为一阶全通滤波器时，所述削波恢复滤波器的状态函数为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，^为滤波器参^t， ^= ct， l"卜1， ^为当前帧信号的削波因子。
6、 如权利要求5所述的削波控制的方法，其特征在于，所述根据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进行滤波，获得滤波后的削波恢复信号 包括<formula>formula see original document page 3</formula>其中，^W为输入信号的当前帧信号，V(!')对所述当前帧信号进行滤波后获得的滤波恢复信号，h为滤波过程的中间变量。
7、 如权利要求2所述的削波控制的方法，其特征在于，所述根据所述削波因子计算自动增益控制因子具体为 <formula>formula see original document page 3</formula>其中，^为当前帧信号的自动增益控制因子，,为上一帧信号的自动 增益控制因子，^为当前帧信号的削波因子，"是增益更新因子。
8、 如权利要求2所述的削波控制的方法，其特征在于，所述根据自动增益控制因子对所述削波恢复信号进行增益调整，获得输出信号包括 根据上一帧信号的自动增益控制因子gw和当前帧信号的自动增益控制因子&内插获得增益控制曲线;对所述削波恢复信号进行增益调整，获得输出信号s"(d'(0xg(0; 其中，VW对所述当前帧信号进行滤波后获得的滤波恢复信号，"《为增益调整后的输出信号。
9、 如权利要求8所述的削波控制的方法，其特征在于，所述根据上一帧信号的自动增益控制因子和当前帧信号的自动增益控制因子内插 获得增益控制曲线包括根据上一帧信号的自动增益控制因子g"i和当前帧信号的自动增益控 制因子&釆用线性内插获得增益控制曲线。
10、 如权利要求9所述的削波控制的方法，其特征在于，所述根据上一帧信号的自动增益控制因子g"和当前帧信号的自动增益控制因子&采用 线性内插获得增益控制曲线具体为g(0 = gi, + /x g「g"，其中N为 一帧信号中的采样点个数。
11、 一种削波控制的装置，其特征在于，包括削波因子更新单元，用于才艮据当前帧信号中的最大绝对值FrameLev更 新削波因子；削波恢复滤波器获取单元，用于根据所述削波因子获取削波恢复滤波器；滤波单元，用于才艮据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进行滤波, 获得滤波后的削波恢复信号。
12、 如权利要求ll所述的削波控制的装置，其特征在于，还包括自动增益控制因子计算单元，用于根据所述削波因子计算自动增益控 制因子；增益调整单元，用于根据自动增益控制因子对所述削波恢复信号进行 增益调整，获得输出信号。
13、 如权利要求ll所述的装置，其特征在于，如果FrameLev〉THRl，则所述削波因子更新单元具体用于快速递增削 波因子C,即<^=^—或，如果THRl〉-FrameLev〉THR2，则所述削波因子更新单元具体用于緩慢 递减增削波因子C，即G-G-「A;或，如果THR2卜FrameLev〉THR3，则所述削波因子更新单元具体用于快速 递减削波因子C，即e^G一-A;或，如果THR3〉-FrameLev，则所述削波因子更新单元具体用于保持削波因子C不变，即G-G-i;其中，THR1、 T服2、 THR3用来表示信号的幅度区间，-2X<=THR3<THR2<THR1<=2% x为信号处理系统的位数，A，A，A用于表示削波 因子C的更新速度，0《/ 3<A<A^l, G为当前帧信号的削波因子，c"为 为上一帧信号的削波因子。
14、 如权利要求13所述的削波控制的装置，其特征在于，还包括 规整单元，用于将所述削波因子更新单元输出的当前帧信号的削波因子规整到[W]区间内。
15、 如权利要求ll所述的削波控制的装置，其特征在于，当所述削波恢复滤波器为一阶全通滤波器时，所述削波恢复滤波器获取单元具体用于获取所述一阶全通滤波器的状态函数其中，w为滤波器参数，^="6， l"卜1， G为当前帧信号的削波因子。
16、 如权利要求15所述的削波控制的装置，其特征在于，所述滤波单元具体用于4艮据下式对所述当前帧信号进行滤波，获得滤波后的削波恢复信号其中，s力')为输入信号的当前帧信号，v(o对所述当前帧信号进行滤 波后获得的滤波恢复信号，h为滤波过程的中间变量。
17、 如权利要求12所述的削波控制的装置，其特征在于，所述自动增益控制因子计算单元根据下式计算自动增益控制因子 (1— )其中，^为当前帧信号的自动增益控制因子，gA—,为上一帧信号的自动 增益控制因子，G为当前帧信号的削波因子，"是增益更新因子。
18、 如权利要求17所述的削波控制的装置，其特征在于，所述增益调 整单元具体用于才艮据上一帧信号的自动增益控制因子gw和当前帧信号的 自动增益控制因子&内插获得增益控制曲线^g(W ,对所述削波恢复信号 进行增益调整，获得输出信号AO = W)xg(/)其中，VW对所述当前帧信号进行滤波后获得的滤波恢复信号，s"(z')为 增益调整后的输出信号。
19、如权利要求18所述的削波控制的装置，其特征在于，所述增益调整单元具体用于根据上一帧信号的自动增益控制因子g"和当前帧信号的 自动增益控制因子&采用线性内插获得增益控制曲线G{g(Z)}。
全文摘要
本发明提供了一种削波控制的方法和装置，其中，所述方法包括根据当前帧信号中的最大绝对值FrameLev更新削波因子；根据所述削波因子获取削波恢复滤波器；根据所述削波恢复滤波器对所述当前帧信号进行滤波，获得滤波后的削波恢复信号。本发明提供的削波控制的方法和装置可以自动检测出是否出现了削波现象，并进行削波恢复，提高了输出信号的主观质量。
文档编号G10L21/02GK101605111SQ200910108528
公开日2009年12月16日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者张德明 申请人:华为技术有限公司