[發明專利]語音信號帶寬擴展的方法和裝置

有效

• 申請號: 201310284770.9
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103413557B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 劉飛祥;高偉標;何文輝
• 申請（專利權）人: 深圳TCL新技術有限公司
• 主分類號: G10L21/038
• 分類號: G10L21/038
• 代理公司: 深圳市世紀恒程知識產權代理事務所44287
• 代理人: 胡海國

技術領域

本發明涉及到信號處理技術領域，特別涉及到語音信號帶寬擴展的方法和裝置。

背景技術

人類語音信號的頻帶帶寬主要分布在50Hz~8kHz范圍之間，但是在語音通信傳輸過程中，由于模擬信號傳輸的限制，語音帶寬被限制在300Hz~3400Hz之間，被稱為窄帶語音信號。窄帶語音信號由于缺少高頻信息，語音的清晰度受到了一定的影響。隨著語音通信技術的不斷發展，寬帶語音通信終端出現，可支持頻率范圍在50Hz~7000Hz的寬帶語音信號，能輸出更優質的通話質量。但由于傳統的窄帶語音信號仍然占主導地位，目前的通信網絡是窄帶語音信號與寬帶語音信號共存的語音通信網絡，當支持寬帶語音信號的寬帶語音通信終端接收到窄帶語音信號時，無法輸出寬帶語音信號，起不到提高通話質量的作用。為了使寬帶語音通信終端能夠輸出寬帶語音信號，目前采用的語音帶寬擴展方式是，由寬帶語音通信終端根據輸入的窄帶語音信號來估計丟失的高頻信號，再將估計的高頻信號與窄帶信號相加，得到寬帶語音信號。但如果寬帶語音通信終端接收到的是輸入寬帶語音信號時，終端不能根據信號特征進行自適應處理，仍然會對寬帶語音信號進行語音帶寬擴展處理，人工擴展帶寬得到的高頻信息在逼真度上不可能超過原始信號，既浪費計算能力，又會降低語音質量。

發明內容

本發明的主要目的為提供一種語音信號帶寬擴展的方法和裝置，可自適應的對語音帶寬擴展處理進行調整。

本發明提出一種語音信號帶寬擴展的方法，包括步驟：

將接收到的語音信號進行采樣率轉換處理，并經濾波后得到高頻信號和低頻信號；

對所述高頻信號進行能量估計，獲得所述高頻信號的能量值；

當所述高頻信號的能量值大于預設的能量閾值時，判定所述語音信號為寬帶語音信號，對所述高頻信號進行增益或衰減調整，并將所述低頻信號與調整后的高頻信號疊加，輸出疊加后的語音信號；

當所述高頻信號的能量值小于或等于預設的能量閾值時，判定所述語音信號為窄帶語音信號，對所述低頻信號進行帶寬擴展，獲得帶寬擴展高頻分量，并將所述低頻信號與帶寬擴展高頻分量疊加，輸出疊加后的語音信號。

優選地，所述對低頻信號進行帶寬擴展，獲得帶寬擴展高頻分量的步驟具體包括：

對所述低頻信號進行線性預測編碼和線譜對計算，獲得窄帶特征矢量；

對所述窄帶特征矢量進行碼本映射處理，獲得寬帶特征矢量；

對所述寬帶信號特征矢量進行譜包絡估計，獲得寬帶譜包絡；

對所述低頻信號進行寬帶激勵估計，獲得寬帶激勵信號；

將所述寬帶譜包絡合成到所述寬帶激勵信號中，生成帶寬擴展信號；

對所述帶寬擴展信號進行高通濾波處理，獲得所述帶寬擴展高頻分量。

優選地，所述對窄帶特征矢量進行碼本映射處理，獲得寬帶特征矢量的步驟具體包括：

在預先訓練好的窄帶碼本中查找與所述窄帶特征矢量之間誤差距離最小的窄帶碼本矢量；

判斷所述誤差距離最小的窄帶碼本矢量與所述窄帶特征矢量之間誤差距離是否小于預設的誤差閾值；

如果是，則將所述誤差距離最小的窄帶碼本矢量映射到預先訓練好的寬帶碼本中，獲得寬帶碼本矢量，作為所述寬帶特征矢量；

如果否，則對所述窄帶特征矢量進行加權的碼本映射處理，獲得寬帶特征矢量。

優選地，所述對窄帶特征矢量進行加權的碼本映射處理，獲得寬帶特征矢量的步驟具體包括：

從所述窄帶碼本中獲取N+1個窄帶碼本矢量a₀、a₁、a₂、…、a_N，每個所述窄帶碼本矢量的長度均為N，與所述窄帶特征矢量x=[x₁，x₂，…，x_N]共同組成矩陣方程組：