[发明专利]音频信号处理

说明书

一种音频信号处理装置，包括接收器（403），其接收在第一采样频率处采样的音频信号，该音频信号具有比第一采样频率的一半低第一频率裕度的最大频率。滤波器组（405）使用重叠的子滤波器生成数字音频信号的子带信号。第一频移器（407）向子带组中的至少一个子带应用频移，并且抽取器（409）以抽取因子抽取子带信号，导致抽取采样频率是每个重叠子滤波器的带宽的至少两倍。针对子带的频移被布置成将子带移位到为从零到抽取采样频率的一半的频率间隔的倍数的频率间隔。子带可以单独地处理，并且经处理的子带可以随后被组合以生成全带输出信号。

技术领域

本发明涉及用于音频信号处理的方法和装置，并且特别地但非排他地涉及音频语音信号的处理。

背景技术

音频信号的数字处理已经变得越来越普遍，并且现在是许多实际应用的一部分。实际上，它目前在许多日常消费电子设备中被执行，包括例如移动电话、音乐发行和呈现、电视等。

为了提供改进的、新的或更灵活的处理，所使用的音频处理算法趋向于变得越来越复杂，并且实际上在许多情况下，信号处理受到可用计算资源的限制。一个示例是用于语音通信设备的语音信号处理，其中语音编码连同语音增强典型地消耗计算资源的非常大的部分。因此，存在改进音频处理算法的计算效率的普遍期望。

在一些应用和场景中，数字音频信号的处理可以有利地在并行子带中执行。因为子带具有减小的带宽，所以这种处理可以在抽取的（decimated）子带信号上执行，即可以减小采样频率。例如，音频信号可以被分成两个相等的子带，其中子带信号在被单独处理之前以因子2进行抽取。

作为一个特定的示例，语音信号可以被分成分别对应于较低频带和较高频带的两个单独的分量。然后，可以在每个带中单独地执行编码，即可以通过对两个子带信号应用个别的且单独的音频处理来执行编码。作为另一个示例，可以在不同的子带中单独执行回波消除过程。

在对单独子带进行处理之后，这些子带可以再次组合以生成具有与输入信号相同的采样频率的单个全带处理的音频信号。

通过将信号分成子带并且在不同子带中单独应用处理来对音频信号进行处理可以在许多情况下提供显著的益处。

例如，对于许多处理算法，计算资源使用率不与频率带宽或采样频率线性地成比例。实际上，对于许多处理算法，计算要求可能会例如随频率带宽/采样频率的平方而增加。

子带处理的另一个优点是它可以允许处理更密切地适应于音频信号的不同特性。例如，语音信号在高达例如4kHz的频率范围中与其在4kHz以上的频率范围中相比具有非常不同的性质。因此，改进的语音编码通常可以通过以不同频带中的特定特性为目标的编码算法来实现，并且因此与针对4kHz以上的子带相比，可以针对4kHz以下的子带应用不同的编码。例如，可以使用不同的语音模型。

而且，通过在不同的子带中操作，也许有可能的是通过使处理适应于不同的特性来优化计算效率。例如，已知混响对于较低频率比对于较高频率持续长得多的时间。因此，用于低频的（如例如用在回波消除器中的）混响估计滤波器需要具有足够的系数（对于FIR滤波器）以提供足以对长混响效果建模的脉冲响应。然而，通过将音频信号分成例如低频和高频带，长滤波器只需（以抽取采样率）应用于低频带，而（反映短高频混响的）短得多的滤波器可以（以抽取采样率）应用在高频带中。与使用长混响滤波器以全采样率对全带宽信号进行滤波相比，总体计算资源使用率可以用这种方式显著减少。

目前存在朝向增加（例如用于语音或音乐音频的）音频信号的带宽的趋势，并且这趋向于导致由于增加的采样率而显著增加的计算资源使用率。为了增加音频信号的带宽，使用子带处理的重要性可能增加，并且实际上它可以在许多情况下甚至允许执行由于设备中的资源限制而无法针对全速率更高带宽信号执行的音频处理。

例如，（免提）语音通信设备的带宽正在迅速增加。窄带（4 kHz带宽）和宽带（8kHz）系统被广泛使用，但超宽带（16 kHz）以及甚至全带（24 kHz）系统正在进入市场（尤其用于VoIP应用）。