语音解码器和一种语音解码方法技术

一种语音解码器包括一个解码器（１０３），用于将线性预测编码语音信号变换成具有第一采样率和表示第一频带的第一样本流。另外，它包括一个声码器（１０５），用于将输入信号变换成具有第二采样率和表示第二频带的第二样本流，和组合装置（１０７），用于按被处理的形式组合第一和第二样本流。它也包括装置（３０１），用于根据解码器（１０３）在第一频带上使用的第一线性预测滤波器生成由声码器（１０５）在第二频带上使用的第二线性预测滤波器。通过无限脉冲响应滤波器外插是生成第二线性预测滤波器的优选方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及对数字化编码语音进行解码的技术。特别是，本专利技术涉及从窄频带编码输入信号产生宽频带解码输出信号的技术。数字电话系统传统上依赖于具有固定采样率的标准化语音编码和解码程序，以保证在随意选取的发射机一接收机对之间的兼容性。第二代数字蜂窝网的发展和它们的功能上增强的终端已经导致这样一种状况，即关于采样率的完全一对一的兼容性不可能被保证，也就是在发射终端中的语音编码器可以使用与终端中语音解码器的输出采样率不同的输入采样率。由于复杂性的制约也可以对具有比实际输入信号窄的频带的信号实施对原始语音信号的线性预测或LP分析。一种先进的接收终端的语音解码器必须能够产生具有比在分析中所用的频带宽的LP滤波器并从窄频带输入参数产生宽带输出信号。从现有的窄带信息产生宽带LP滤波器也有较宽的适用性。附图说明图1说明用于将窄带编码语音信号变换成宽带解码样本流的一种已知的原理，可用在具有高采样率的语音合成中。在发送端，原始语音信号已经在方框101中经受过低通滤波(LPF)。在低频子带上得到的信号已在窄带编码器102中编码。在接收端，将该编码信号送入窄带解码器103。它的输出是表示具有较低采样率的低频子带的样本流。为了增加采样率，将该信号送入采样率内插器104。通过从方框103采用LP滤波器(未分开示出)估计从该信号中失去的较高频率并利用它作为声码器105的一部分实现LP滤波器，该声码器105使用白噪声信号作为它的输入。换句话说，在低频子带中的LP滤波器频响曲线在频率轴方向中被延伸，以便在合成产生高频子带的生成中覆盖较宽的频带。调节该白噪声的功率，使得该声码器输出的功率是适当的。声码器105的输出在方框106中被高通滤波(HPF)以防止与低频子带上的实际语音信号过多的重迭。在相加方框107中将该低和高频子带组合，将该组合送到语音合成器(未示出)用以产生最后的声频输出信号。我们可以考虑一种示范性的情况，其中语音信号的原始采样率为12.8KHz，在解码器输出上的采样率应为16KHz。对于从0到6400Hz的频率，也就是从零到奈奎斯特频率已履行过LP分析，奈奎斯特频率是原始采样率的一半。因此，窄带解码器103实现一种其频响从0到6400Hz的LP滤波器。为了产生高频子带，该LP滤波器的频响在声码器105中被延伸，以便覆盖从0到8000Hz的频带，现在，在其中上限是考虑所希望的较高采样率的奈奎斯特频率。在低和高频子带之间的某种程度的重迭通常是希望的，虽然并非必要；该重迭可以帮助达到最佳的主观声频质量。让我们假定目标定为重迭10％。这意味着在窄带解码器103中使用LP滤波器的整个频响0到6400Hz(当采样率Fs＝12.8KHz时也就是0-0.5Fs)，在声码器105中有效使用的只有LP滤波器频响的5600到8000Hz(当采样率Fs＝16KHz时也就是0.35Fs-0.5Fs)。在此“有效地”意思是由于高通滤波器106的存在，频响的低端并不影响高端信号处理分支的输出。在5600到8000Hz范围内宽带LP滤波器的频响是4480到6400Hz范围内窄带LP滤波器的频响的被展宽的复制品。窄带LP滤波器的频响在靠近原始的奈奎斯特频率的高端区域中有峰值的情况下，现有技术方案的缺陷变得显著了。图2用作说明这样一种情况。细曲线201表示0到8000Hz LP滤波器的频响。可用于分析具有采样率16KHz的语音信号。粗曲线202表示图1的方案将产生的组合频响。在4480Hz和6400Hz上的虚线203和204分别将窄带LP滤波器频响的部分定界线，在声码器中实施的宽带LP滤波器中被复制并展宽到5600Hz到8000Hz的间隔内。在窄带频响中近似4400Hz处的峰值和由此趋向频带上限的连续下坡使得组合频响曲线202与理想的宽带LP滤波器的频响201显著地不同。为了实现图1的原理克服上面提出的缺陷，已知各种各样现有技术的方案。专利公布US 5,978,759公开了一种设备，使用一种编码簿或查找表将窄带语音展宽为宽带语音。一组表征窄带LP滤波器的参数被抽出，并作为对查找表的一个搜查密钥，使相应的宽带LP滤波器的特征参数可从查找表中的匹配的或接近匹配的项目(cntry)读出。从专利公布号JP 10124089A知道一种类似的解决方案。从专利公布号US 5,455,888知道一种稍有不同的方法，其中通过使用一种滤波器组产生较高的频率，而该滤波器组是通过使用一种查找表选取的。专利公布号US5,581,652提出通过使用编码簿从窄带语音重建宽带语音，使得信号的波形性质被利用。另外在所公开的国际专利申请号WO99/49454中还公开了一种方法，在其中语音信号被变换到频率域，识别该频率域信号的特征峰值，根据一种转换表选取一组宽带滤波器参数。在搜索适当的宽带滤波器特征中使用查找表可以帮助避免图2中所示种类的灾害，但同时引入相当大的不灵活度。或者只有有限数量的可能的宽带滤波器可被实施，或者仅仅为此目的必须配置非常大的存储器。增加从中选取所存储的宽带滤波器的数目也增加了为搜索和建立其中的正确配置必须分配的时间，在实时操作如语音电话中是不希望的。本专利技术的一个目的是提出一种语音解码器和一种用于对语音解码的方法，其中频带展宽用一种灵活的方式完成，在计算上是经济的，并良好地仿制出原先用较宽的带宽获得的特性。通过从窄带LP滤波器产生宽带LP滤波器实现本专利技术的这些目的，从而根据在窄带LP滤波器极点方面的某些规律性运用外插法。依据本专利技术一种语音处理设备包括-用于接收表示第一频带的线性预测编码的语音信号的输入。-用于从线性预测编码的语音信号抽取描述与第一频带有关的第一线性预测滤波器的信息的装置，和-用于将输入信号变换成表示第二频带的输出信号的声码器其特征在于包括-根据描述第一线性预测滤波器的信息产生在第二频带上由声码器使用的第二线性预测滤波器的装置。本专利技术也适用于数字无线电话，其特征在于它包括至少一种上述种类的语音处理设备。另外，本专利技术适用于一种包括以下步骤的语音解码方法-从线性预测编码语音信号抽取描述与第一频带有关的第一线性预测滤波器的信息，和-将输入信号变换成表示第二频带的输出信号其特征在于它包括以下步骤-根据描述与第一频带有关的第一线性预测滤波器所抽取的信息，产生在将输入信号变换成输出信号中使用的第二线性预测滤波器。对于LP滤波器存在几种众所周知的表示形式。特别是已知一种所谓的频率域表示法，在其中一个LP滤波器可以用一个LSF(LineSpectral Frequency)向量或一个ISF(Immettance SpectralFrequency)向量表示。频率域表示法具有与采样率无关的优点。依据本专利技术一个窄带LP滤波器被动态地用作通过外插法构成一个宽带LP滤波器的基础。特别是本专利技术包含将窄带LP滤波器变换成频率域表示并通过将频率域表示的窄带LP滤波器外插形成频率域表示的宽带LP滤波器。最好一种足够高阶的IIR(Infinite ImpulseResponse)滤波器被用于外插，以便利用表征窄带LP滤波器的规律性。宽带LP滤波器的阶最好这样选取，使宽带和窄带LP滤波器阶的比率基本上等于宽带和窄带采样频率之比。对于IIR滤波器需要一组系数最好通过分析反映窄带L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种语音处理设备，包括 －用于接收表示第一频带的线性预测编码语音信号的输入。 －用于从线性预测编码语音信号抽取描述与第一频带有关的第一线性预测滤波器的信息的装置（１０３，３１０）和 －用于将输入信号变换为表示第二频带的输出信号的声码器（１０５）， 其特征在于它包括： －用于根据描述第一线性预测滤波器的信息生成由声码器（１０５）在第二频带上使用的第二线性预测滤波器的装置（３０１）。

【技术特征摘要】
FI 2000-3-7 200005241.一种语音处理设备，包括-用于接收表示第一频带的线性预测编码语音信号的输入。-用于从线性预测编码语音信号抽取描述与第一频带有关的第一线性预测滤波器的信息的装置(103，310)和-用于将输入信号变换为表示第二频带的输出信号的声码器(105)，其特征在于它包括-用于根据描述第一线性预测滤波器的信息生成由声码器(105)在第二频带上使用的第二线性预测滤波器的装置(301)。2.一种依据权利要求1的语音处理设备，其特征在于它包括-用于将描述第一线性预测滤波器的信息变换成频率域中的第一参数表达式的装置(401)，-用于将所述的第一参数表达式外插成频率域中的第二参数表达式的装置(402)，和-用于将所述的第二参数表达式变换成第二线性预测滤波器的装置(403)。3.一种依据权利要求2的语音处理设备，其特征在于所述的用于将所述的第一参数表达式外插成频率域中第二参数表达式的装置(402)包括一个无限脉冲响应滤波器(502)。4.一种依据权利要求3的语音处理设备，其特征在于它包括用于从所述的第一参数表达式导出所述的无限脉冲响应滤波器的向量表达式的装置(501)。5.一种依据权利要求2的语音处理设备，其特征在于它包括用于限制所述的第二参数表达式的装置(404，503)。6.一种依据权利要求1的语音处理设备，其特征在于它包括-用于将线性预测编码语音信号变换成具有第一采样率和表示第一频带的第一样本流的解码器(103)。-用于将输入信号变换成具有第二采样率和表示第二频带的第二样本流的声码器(105)。-用于将第一和第二样本流以所处理的形式组合的组合装置(107)，和-用于根据由解码器(103)在第一频带上使用的第一线性预测滤波器生成由声码器(105)在第二频带上使用的第二线性预测滤波器的装置(301)。7.一种依据权利要求6的语音处理设备，其特征在于它包括-连接在解码器(103)和组合装置(107)之间的采样率内插器(104)，和-连接在声码器(105)和组合装置(107)之间的高通滤波器(106)。8.一种数字无线电话，其特征在于它包括一种依据权利要求1的语音处理设备(711)。9.一种用于处理数字编码语音的方法，包括以下步骤-从线性预测编码语音信号抽取(103)描述与第一频带有关的第一线性预测滤波器的信息，和-将输入信号变换(105)成表示第二频带的输出信号，其特征在于它包括以下步骤-根据所抽取的描述与第一频带有关的第一线性预测滤波器的信息，生成(301)在将输入信号变换成输出信号中要使用的第二线性预测滤波器。10.一种依据权利要求9的方法，包括以下步骤-将线性预测编码语音信号变换(103)成具有第一采样率和表示第一频带的第一样本流。-将输入信号变换成(105)具有第二采样率和表示第二频带的第二样本流，和-将第一和第二样本流以所处理的形式组合(107)，其特征在于它包括以下步骤-根据由解码器在第一频带上使用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J罗托拉普基拉，J韦尼奥，H米科拉，
申请(专利权)人：诺基亚有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]