用于扩展语音信号的频率范围的方法和系统技术方案

用于更高感觉质量的电话语音的宽带扩展。一种用于扩展语音信号的频率范围的方法，其使用具有一个反滤波器和一个合成滤波器的宽带扩展方法，其中所述两个滤波器从一个ＬＰＣ估计器接收ＬＰＣ系数。宽带ＬＰＣ系数被从宽带ＬＳＦ中获得。宽带ＬＳＦ被通过添加高频段ＬＳＦ以及低频段ＬＳＦ而获得，所述高频段ＬＳＦ是通过应用一个矩阵到窄带ＬＳＦ而创建的，所述低频段ＬＳＦ是通过将窄带ＬＳＦ除以２而创建的。用于创建高频段ＬＳＦ的矩阵被从预定矩阵列表中选择。该选择是基于从窄带语音信号中提取的宽带或者窄带反射系数。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种方法，用于将具有一个频率范围的窄带语音信号的线状谱频率扩展成为包括一个高频段频率范围和所述窄带语音信号的频率范围的宽带语音信号的线状谱频率，并且涉及一种系统，用于在一个输入端扩展语音信号的频率范围的系统，该系统包括连接到系统的所述输入端的一个输出端和一个上抽样器以及用于确定线性预测系数和反射系数的输入分析装置，该输入分析装置的一个输入端连接到系统的输入端，上抽样器包括连接到一个第一滤波器的输入端的一个输出端，第一滤波器包括一个输出端并且被安排来根据线性预测系数滤波，第一滤波器的输出端连接到一个频谱折叠装置的一个输入端，该频率折叠装置的一个输出端连接到一个包括一个输出端的第二滤波器的一个输入端，该第二滤波器被安排来根据线性预测系数滤波，第二滤波器的输出端连接到用于扩展语音信号的频率范围的系统的输出端。由2000年9月在美国威斯康星州出版的IEEE语音编码工作组的Peter Jax和Peter Vary的“wideband extension of telephonespeech using a hidden Markov model(使用隐藏马尔可夫模型的电话语音的宽带扩展)”中可以得知这样的一种方法和系统。这里，窄带输入信号被分类成为有限数量的语音声音，其中关于宽带频谱包络的信息被从预先训练的电码簿中获得。对于电码簿搜索算法，基于隐藏马尔可夫模型的统计方法被使用，其考虑带宽有限语音的不同特征，并且最小化均方误差标准。该算法只需要一个单独的宽带电码簿并且固有地保证了在窄带频率范围中系统的透明性。增强的语音展示了比输入语音大很多的带宽。所述算法通过将电码簿LPC系数应用于第一反滤波器来创建整个宽带信号，所述第一反滤波器作用于输入信号，然后提供已滤波的并且随后频谱折叠的信号给第二合成滤波器。该合成滤波器还接收电码簿LPC系数并且在输出端提供宽带信号。因为这两个滤波器的转移函数互逆，所以窄带信号被系统透明地处理。这种宽带扩展的方法具有的缺点是由第一滤波器提供的已滤波信号不足够平坦，以至于无法在频谱折叠之后为第二滤波器提供最佳信号用于创建一个高频带语音信号。本专利技术的一个目的是提供一种方法，用于将一个窄带语音信号扩展成为一个宽带语音信号，其中在频谱折叠之后，一个最佳信号被提供给反滤波器。本专利技术通过应用下列步骤来达到此目的。通过应用一个矩阵来为宽带语音信号的已扩展频率范围获得线状谱频率，所述矩阵是通过在窄带语音信号的频率范围中训练到宽带语音信号的线状谱频率而获得的。在窄带语音信号的频率范围中，将窄带语音信号的线状谱频率映射到宽带语音信号的线状谱频率。将用于高频段频率范围的线状谱频率与窄带语音信号的线状谱频率组合。这样，无需处理成宽带语音信号的等价低频段LSF，窄带语音信号的LSF就被直接映射，而通过应用一个矩阵到窄带语音信号的LSF，宽带信号的高频段频率范围被创建。因为高频段LSF的映射不影响低频段LSF，所以可以从第一滤波器获得一个最佳平坦信号。在频谱折叠之后，已折叠信号的频谱保持平坦以提供给用于合成滤波器的最佳输入信号。获得高频段LSF的一个方法是通过应用一个矩阵，该矩阵是通过在窄带语音信号的频谱范围中训练到宽带语音信号的线状谱频率而获得的。同样，通过独立的处理能够使用多个矩阵进一步优化高频段信号的合成。通过将LPC分析滤波器的脉冲响应解压缩成为偶函数和奇函数而获得线状谱频率。在这个扩展技术中，根据输入窄带信号来估计LSF。LSF位于以8kHz抽样的窄带语音信号的4kHz带宽的0-π之间。假设相应的宽带信号被使用窄带LPC模型的阶(order)两倍的一个LPC模型模拟，则窄带LSF应当表示在低频段范围0-π/2中的宽带LSF。这样，宽带语音信号的低频段LSF被给出作为除以2的窄带LSF。在宽带语音的模拟中，其中合成使用从如上所述的窄带语音中获得的低频段LSF，并且高频段LSF被从相应的宽带语音中获得，得到了非常好的输出质量。可以使用一个矩阵来从低频段LSF中获得高频段LSF。所述矩阵被通过训练来获得并且需要只被建立一次。还可能获得几个矩阵，每个矩阵特定于被处理的信号类型。一旦获得这样一个矩阵，宽带LPC系数就被如下获得首先，估计窄带语音信号的线性预测和反射系数。然后根据这些线性预测来计算LSF。这些LSF被除以2并且被直接提供给一个数组添加器(array appender)以及高频段LSF估计器。高频段LSF估计器将从一组矩阵中选择的一个矩阵应用到被除以2的LSF。矩阵选择是基于被处理的信号类型的。将所选择的矩阵应用于被除以2的LSF的结果是一组高频段LSF。然后，这些高频段LSF被提供给数组添加器。数组添加器将高频段LSF添加到低频段LSF，以形成宽带LSF。所得的宽带LSF数组允许在诸如Ja x所公开的系统中的宽带语音信号的合成中使用的宽带LPC的计算。LSF和LPC系数构成了用于扩展语音信号的频率范围以改进所述语音系统感觉质量的各种方法和系统的基础。因此，本专利技术提供的将窄带LSF和LPC系数扩展到宽带LSF和LPC系数也可以用于扩展语音信号的频率范围的其它系统中。语音信号的频率范围的扩展被用于其中信道资源被节省并且语音被以窄带宽发送的系统中的接收终端。这种系统的例子包括移动电话、视频会议终端以及互联网电话终端。现在根据附图来描述本专利技术。附图说明图1表示根据本专利技术的语音解码器。图2表示用于确定从宽带LPC系数中获得的反射系数的分类的系统。图3表示对应于反射系数组(k1，k2)的幅度谱包络形状。图4表示用于语音信号的频率范围的扩展的完整系统。图1表示用于频率扩展的系统的部分，其中宽带LSF被确定。系统的这个部分通过输入分析装置3的输入端19接收窄带语音信号。根据该窄带语音信号，利用输入分析装置3确定线性预测和反射系数。输入分析装置3将这些线性预测系数经由连接21提供给线性频谱估计器5。线状谱频率估计器将线状谱频率LSF提供给乘法器7，其中，通过乘以0.5而将LSF除以2。乘法器在其输出端提供被除以2的LSF。这些被除以2的LSF被提供给数组添加器11和高频段LSF估计器9。高频段LSF估计器9通过应用一个矩阵到从乘法器7接收的被除以2的LSF而估计高频段LSF。为了确定使用哪个矩阵，矩阵选择器15经由输入端29接收关于所接收的窄带语音信号的信息并且从矩阵列表17中选择一个矩阵。矩阵选择器接收的关于所接收窄带语音信号的信息是反射系数k1、k2。输入分析装置在确定LPC系数的同时获得这些反射系数k1和k2。因此，反射系数k1和k2基于窄带语音信号。高频段LSF估计器9将所估计的高频段LSF提供给数组添加器11，其中高频段LSF被添加到低频段LSF。当窄带(即低频段)LSF和高频段LSF被添加时，所得的LSF是宽带LSF。这些宽带LSF被数组添加器11提供给线性预测确定器13，其中宽带LPC系数被使用在语音编码领域中的标准方法而确定。然后，这些宽带LPC系数被在输出端37上提供，以普通方式被使用来通过与图4中描述的反滤波器、合成滤波器和频谱折叠的合成而创建一个宽带语音信号。由输入分析装置3提供的所有反射系数中的前两个反射系数k1、k2被用于通过确定反射系数k1和k2与哪组反射系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于将具有一个频率范围的窄带语音信号的线状谱频率扩展成为包括一个高频段频率范围和所述窄带语音信号的频率范围的宽带语音信号的线状谱频率，包括步骤： －通过应用一个矩阵来为宽带语音信号的高频段频率范围获得线状谱频率，所述矩阵是通过在窄带语音信号的频率范围中训练到宽带语音信号的线状谱频率而获得的，ｔ窄带语音信号的线状谱频率 －在窄带语音信号的频率范围中，将窄带语音信号的线状谱频率映射到宽带语音信号的线状谱频率 －将用于高频段频率范围的线状谱频率与窄带语音信号的线状谱频率组合。

【技术特征摘要】
EP 2000-11-9 00203937.81.一种方法，用于将具有一个频率范围的窄带语音信号的线状谱频率扩展成为包括一个高频段频率范围和所述窄带语音信号的频率范围的宽带语音信号的线状谱频率，包括步骤-通过应用一个矩阵来为宽带语音信号的高频段频率范围获得线状谱频率，所述矩阵是通过在窄带语音信号的频率范围中训练到宽带语音信号的线状谱频率而获得的，t窄带语音信号的线状谱频率-在窄带语音信号的频率范围中，将窄带语音信号的线状谱频率映射到宽带语音信号的线状谱频率-将用于高频段频率范围的线状谱频率与窄带语音信号的线状谱频率组合。2.根据权利要求1的用于扩展窄带语音信号的线状谱频率的方法，其特征在于根据从窄带语音信号中获得的反射系数来从预定矩阵列表中选择矩阵。3.根据权利要求1的用于扩展窄带语音信号的线状谱频率的方法，其特征在于根据从宽带线性预测系数中获得的反射系数来从预定矩阵列表中选择矩阵。4.一种系统，用于在一个输入端扩展语音信号的频率范围，该系统包括连接到系统的所述输入端的一个输出端和一个上抽样器以及用于确定线性预测系数和反射系数的输入分析装置，该输入分析装置的一个输入端连接到系统的输入端，上抽样器包括连接到一个第一滤波器的输入端的一个输出端，第一滤波器包括一个输出端并且被安排来根据线性预测系数滤波，第一滤波器的输出端连接到一个频谱折叠装置的一个输入端，该频率折叠装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：S谢诺克，AJ格里特斯，RJ斯鲁特，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]