[發明專利]用于提供具有擴展帶寬的聲音信號的方法和系統

有效

• 申請號: 200710146610.2
• 申請日: 2007-08-22
• 公開（公告）號: CN101141533A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: T·豪利克;B·伊塞爾;G·U·施密特
• 申請（專利權）人: 哈曼貝克自動系統股份有限公司
• 主分類號: H04M7/00
• 分類號: H04M7/00;G10L21/02;G10L19/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 沙捷

技術領域

本發明涉及用于提供聲音信號的方法和系統，特別涉及用于提供具有擴展帶寬的語音信號的方法和系統。

背景技術

經由模擬或數字信號通路傳輸的聲音信號通常會遭受到如下缺點的影響，即信號通路僅具有受限制的帶寬，使得傳輸的聲音信號與原始信號顯著地不同。例如，在傳統電話連接的情況下，使用8kHz的采樣速率，產生4kHz的最大信號帶寬。與音頻CD的情況相比，語音和音頻質量顯著下降。

此外，許多種類的傳輸顯示出附加的帶寬限制。在模擬電話連接的情況下，僅300Hz和3.4kHz之間的頻率被傳輸。結果，僅可得到3.1kHz的帶寬。

原則上，可通過使用寬帶數字編碼和解碼方法(所謂的寬帶編解碼)增加電話連接的帶寬。然而，在這樣的情況下，發射機和接收機都必須支持相應的編碼和解碼方法，這需要實現新的標準。

作為替換，可使用例如在以下文獻中描述的用于帶寬擴展的系統：P.Jax，Enhancement?of?Bandlimited?SPeech?Signals：Algorithms?andTheoretical?Bounds，Dissertation，Aachen，Germany，2002，或者E.Larsen，R.M.Aarts，Audio?Bandwidth?Extension，Wiley，Hoboken，NJ，USA，2004。這些系統將僅在接收機側被實現，使得現有的電話連接不需要被改變。在這些系統中，對具有小帶寬的輸入信號的丟失的頻率分量進行估計并將其加到輸入信號中。

圖6示出了這種最新的帶寬擴展系統中的結構和相應信號流的一個實例。一般而言，低頻率范圍和高頻率范圍都被重新合成。

在框601中，數字形式的進入或接收到的聲音信號x(n)由子采樣和塊提取進行處理以便獲得信號矢量x(n)。此處，變量n表示時間。在該圖中，假定進入信號x(n)已經通過增加采樣速率而被轉換成所需的帶寬。在該轉換步驟中，不會生成例如可通過使用適當的抗混疊或抗鏡像濾波器元件而獲得的附加頻率分量。為了不改變傳輸的信號，帶寬擴展僅在丟失的頻率范圍內執行。取決于傳輸方法，擴展涉及低頻(例如0至300Hz)和/或高頻(例如3400Hz至所需采樣速率的一半)范圍。

在框602中，從窄帶信號中提取窄帶譜包絡，其中窄帶信號受限于電話信道的帶寬限制。通過非線性映射，從窄帶包絡中估計相應的寬帶包絡信號。映射基于例如碼書對(參見J.Epps，W.?H.Holmes，A?NewTechnique?for?Wideband?Enhancement?of?Coded?Narrowband?Speech，IEEE?Workshop?on?Speech?Coding，Conference?proceedings，pages?174?to176June?1999)或神經網絡(見J.-M.Valin?R.Lefebvre，BandwidthExtension?of?Narrowband?Speech?for?Low?Bit-Rate?Wideband?Coding，IEEE?Workshop?on?Speech?Coding，Conference?Proceedings，pages?130?to132，September?2000)。在這些方法中，使用需要大量處理器和存儲器資源的訓練方法來生成碼書的條目或神經網絡的權重。

此外，在框603中，從窄帶信號中生成具有平坦譜包絡的寬帶激勵信號。該激勵信號與直接在聲帶后記錄的信號相對應，即，激勵信號包含關于發音(voicing)和音調的信息，但一般不包含關于形式和結構或譜組成(spectral?shaping)的信息。因此，為了取回完整的信號(諸如語音信號)，激勵信號必須用譜包絡進行加權。為了生成激勵信號，可使用諸如雙線整形(two-ray?rectifying)或方波整形(squaring)的非線性特性(參見U.Komagel，SPectral?Widening?of?the?ExcitationSignal?for?Telephone-Band?SPeech?Enhancement，IWAENC?01，ConferenceProceedings，pages?215?to?218，September?2001)。

為了帶寬擴展，激勵信號x_exc(n)在框604中使用包絡進行譜著色。此后，在框606中使用帶阻濾波器提取用于擴展的譜范圍，而產生信號矢量y_ext(n)。帶阻濾波器可在例如200至3700Hz的范圍中有效。