專利名稱：用于發(fā)送在窄帶中已編碼信號的發(fā)送機(jī)、用于在接收端擴(kuò)展已編碼信號的頻帶的接收機(jī) ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及語音信號的發(fā)送和接收，具體而言是涉及其中發(fā)送信號的頻譜寬度有限的電信系統(tǒng)。
本發(fā)明找到了特別是在移動(dòng)無線電話系統(tǒng)中用于提高接收端語音信號質(zhì)量的大量應(yīng)用。
這些系統(tǒng)通常包括源的編碼，用于減少要發(fā)送信息的量，從而提高傳輸信道的容量。作為在電話傳輸中的語音編碼的這種源編碼通常與要發(fā)送的消息的頻譜的減小有關(guān)。頻譜的減小通常伴隨著接收端信號音頻質(zhì)量的降低。為了解決這個(gè)問題，已經(jīng)提出了稱作頻譜擴(kuò)展的各種方法，用于在接收端擴(kuò)展所接收信號的頻帶。
美國專利5,581,652中描述了上述這些方法中的一種。它涉及從具有更窄頻譜的頻帶中接收的語音信號重建寬帶語音信號的方法。該方法包括使用一對相關(guān)的語音字典。第一字典用于在具有比傳輸前的原始信號的頻帶窄的頻譜帶的第一序列矢量碼的幫助下來分析所接收的語音信號。第二字典允許通過為其分配更大頻帶中的第二序列矢量碼并對應(yīng)于在窄帶中分析的碼來擴(kuò)展所接收信號的頻譜帶。
這些方法允許利用所接收窄帶信號中的已發(fā)送單獨(dú)信息來在后重建寬帶信號。
本發(fā)明的一個(gè)目的是在不顯著減少發(fā)送數(shù)據(jù)量的前提下改進(jìn)這些方法的性能。為此，本發(fā)明提供一種發(fā)送機(jī)、接收機(jī)、系統(tǒng)、發(fā)送方法和接收方法，其中，以其發(fā)送為目的，原始信號首先在窄帶中被編碼，隨后根據(jù)表示該信號的窄帶信號實(shí)現(xiàn)寬帶信號的預(yù)測，然后通過將所獲得的預(yù)測信號與原始信號相比較來計(jì)算一個(gè)預(yù)測錯(cuò)誤，以便以在接收端重建寬帶信號為目的而發(fā)送所獲得的該預(yù)測錯(cuò)誤和寬帶信號。
參考下文描述的實(shí)施例，利用非限制性的示例來闡明本發(fā)明的這些以及其它方面。
在附圖中

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送機(jī)的主電路圖。
圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的主電路圖。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的電路圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送方法的流程圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的接收方法的流程圖。
圖1和圖2分別示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的實(shí)施例。它們被分別提供發(fā)送和接收稱作原始信號的具有稱作原始頻帶的指定頻譜帶的語音信號。
圖1所示的發(fā)送機(jī)包括·一個(gè)語音編碼塊COD，用于實(shí)現(xiàn)原始語音信號OS的窄帶中的編碼，并以其發(fā)送為目的而獲得在比原始頻帶窄的稱作窄帶的頻譜帶中被編碼的語音信號Narrow_S，·預(yù)測裝置PRED_TX，用于根據(jù)窄帶信號(可能已編碼和隨后解碼)來預(yù)測表示原始信號的寬帶信號Pred_tx_S，·錯(cuò)誤估計(jì)裝置EST，用于估計(jì)在所預(yù)測寬帶信號Pred_tx_S和原始語音信號OS之間的預(yù)測錯(cuò)誤Pred_err，·發(fā)送裝置TX，用于發(fā)送所述已窄帶編碼的語音信號Narrow_S以及預(yù)測錯(cuò)誤Pred_err。
圖2所示的接收機(jī)包括·接收塊RX，用于接收已窄帶編碼的語音信號Narrow_S以及所發(fā)送的預(yù)測錯(cuò)誤Pred_err，·語音解碼塊DECOD，用于對所接收的窄帶語音信號Narrow_S解碼，·預(yù)測塊PRED_RX，用于根據(jù)在窄帶Narrow_S中接收的信號預(yù)測具有比該窄帶寬的頻譜帶的信號Pred_rx_S，·校正塊CORR，用于在所接收預(yù)測錯(cuò)誤Pred_err的幫助下校正所預(yù)測的信號Pred_rx_S，·語音合成塊SYNT，用于根據(jù)所校正的寬帶信號合成具有比所述窄帶寬的頻譜帶的寬帶語音信號Wide_S。
所預(yù)測的寬帶信號Pred_tx_S、原始信號OS、在窄帶Narrow_S中接收的信號、所預(yù)測的信號Pred_rx_S或所校正的寬帶信號也被認(rèn)為是所考慮信號的特性并允許它們合成的語音參數(shù)。這些參數(shù)可以是例如LPC類型(線性預(yù)測編碼)的線性預(yù)測參數(shù)或LSF類型(線性頻譜頻率)的頻譜封裝參數(shù)或允許信號重建的任何其它參數(shù)。
發(fā)送塊TX和接收塊RX包括用于按照有效的電信標(biāo)準(zhǔn)提供的信道的分別的編解碼以在傳輸期間保護(hù)數(shù)據(jù)。語音編碼器COD之前是傳統(tǒng)類型的濾波和抽樣裝置(未示出)，如用于將原始信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號OS的ITU-T標(biāo)準(zhǔn)和具體是G.711和G.712所建議的。發(fā)送和接收端的預(yù)測裝置PRED_TX和PRED_RX最好是包括類似程序的塊。它們可以包括用于使用例如目前稱作“代碼簿映射”的技術(shù)來預(yù)測LS類型的頻譜封裝參數(shù)的裝置。該技術(shù)允許使用語音字典根據(jù)具有窄頻譜帶的信號的封裝參數(shù)對表示相同信號的更寬頻譜帶中的封裝參數(shù)解封裝。
窄帶Narrow_S中的預(yù)測錯(cuò)誤Pred_err和已編碼信號最好是在相同的語音幀中發(fā)送。隨后根據(jù)作為為整個(gè)系統(tǒng)搜索的傳輸錯(cuò)誤的魯棒性的一個(gè)功能并還依賴于所使用信道的編碼的預(yù)定劃分將數(shù)據(jù)在幀中劃分。在接收端，根據(jù)發(fā)送端選擇的劃分將數(shù)據(jù)恢復(fù)并分開。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，預(yù)測裝置PRED_TX包括·線性預(yù)測分析塊LP_TX，用于分析和提取原始語音信號的LSF封裝參數(shù)以及在窄帶中已編碼語音信號的LSF參數(shù)，·編程預(yù)測塊MAP_TX，用于根據(jù)窄帶已編碼信號的LSF參數(shù)來預(yù)測寬帶信號的LSF寬帶參數(shù)。預(yù)測程序可以被定義來例如執(zhí)行代碼簿映射類型的已知方法。
根據(jù)該實(shí)施例，錯(cuò)誤估計(jì)裝置EST可以包括一個(gè)比較器COMP，用于將根據(jù)窄帶已編碼信號預(yù)測的LSF寬帶參數(shù)與原始信號的那些參數(shù)比較，以便獲得隨后在其發(fā)送前被量化的預(yù)測錯(cuò)誤。
在接收端，預(yù)測裝置PRED_TX也可以包括預(yù)測分析塊LP_RX，用于在解碼之后分析所接收的窄帶信號，以便從已解碼信號中提取LSF參數(shù)，預(yù)測塊MAP_RX，用于根據(jù)窄帶中所接收的信號的LSF參數(shù)來預(yù)測寬帶信號的LSF參數(shù)。
校正裝置CORR可以被編程來利用所接收的已量化預(yù)測錯(cuò)誤校正所預(yù)測的LSF寬帶參數(shù)。
在接收和發(fā)送端，可以利用一個(gè)數(shù)字信號處理器DSP來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的所有算法。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，其主要包括無線電話31、無線基站32和空中傳輸信道33、表示無線基站32和無線電話31之間的遞減無線傳輸?shù)慕M件。無線基站32包括如圖1所示類型的發(fā)送機(jī)并且無線電話31包括如圖2所示類型的接收機(jī)。在無線電話和無線基站之間的遞增傳輸?shù)那闆r下，無線電話31包括如圖1所示的發(fā)送機(jī)，并且無線基站包括如圖2所示的接收機(jī)。接收機(jī)還可以出現(xiàn)在另一個(gè)用作無線電話31發(fā)送的消息的目的地的無線電話(未示出)。這種系統(tǒng)允許在接收端擴(kuò)展在比原始信號的頻帶窄的頻帶中發(fā)送的已編碼語音信號。在將語音信號恢復(fù)給用戶之前實(shí)現(xiàn)的所述頻譜擴(kuò)展提高了接收信號的質(zhì)量。這種系統(tǒng)在可用頻譜有限的移動(dòng)無線電話領(lǐng)域中特別有利。本發(fā)明在其中由系統(tǒng)的所有用戶共享頻帶的所有多址接入電信系統(tǒng)中也是有利的。
圖3中系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它允許在不顯著降低通過傳輸信道發(fā)送的數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下改進(jìn)所接收信號的質(zhì)量。利用實(shí)際的例子，對于根據(jù)大約13k比特/秒的全速率編碼的GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))類型的系統(tǒng)，本發(fā)明提供例如對于大多數(shù)當(dāng)前應(yīng)用可忽略的大約13.1k比特/秒或稍大一些(大約14-16k比特/秒)的速率。速率的這一非常小的增加是由于位于發(fā)送機(jī)處的發(fā)送裝置TX除了發(fā)送根據(jù)傳統(tǒng)的語音編碼方法編碼的有用的窄帶信號之外，還發(fā)送由發(fā)送機(jī)估計(jì)的預(yù)測錯(cuò)誤Pred_err。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的可以由圖1所示的發(fā)送機(jī)根據(jù)發(fā)送機(jī)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的恰當(dāng)程序執(zhí)行的發(fā)送方法的實(shí)施例的簡化流程圖。該發(fā)送方法包括·一個(gè)語音編碼步驟COD_S，用于實(shí)現(xiàn)原始語音信號的窄帶中的編碼并用于以其發(fā)送為目的，獲得在比原始頻帶窄的稱作窄帶的頻譜帶中編碼的語音信號，·一個(gè)預(yù)測步驟PRED_TX_S，用于預(yù)測表示窄帶(可能已編碼和隨后解碼)中原始信號的寬帶信號，·一個(gè)錯(cuò)誤估計(jì)步驟EST_ERR，用于估計(jì)所預(yù)測寬帶信號和原始語音信號之間的預(yù)測錯(cuò)誤，·一個(gè)發(fā)送步驟TX_S，用于發(fā)送在窄帶中編碼的所述語音信號以及預(yù)測錯(cuò)誤。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中不同信號由它們的特性語音參數(shù)表示，預(yù)測步驟PRED_TX_S包括下列子步驟·線性預(yù)測分析的第一子步驟，用于從原始語音信號中分析和提取LSP封裝參數(shù)，·線性預(yù)測分析的第二子步驟，用于從在窄帶中編碼的語音信號中分析和提取LSF封裝參數(shù)LSF，·一個(gè)子步驟，用于根據(jù)窄帶信號的LSF參數(shù)，例如使用代碼簿映射類型的已知方法來預(yù)測寬帶信號的LSF寬帶參數(shù)。
錯(cuò)誤估計(jì)步驟EST_ERR可以包括步驟將所預(yù)測的LSF寬帶參數(shù)和原始信號的那些參數(shù)相比較以獲得隨后在其發(fā)送之前被量化的預(yù)測錯(cuò)誤。
圖5表示與圖3的發(fā)送方法相適合的由圖2所示的接收機(jī)執(zhí)行的根據(jù)本發(fā)明的接收方法的一個(gè)實(shí)施例的簡化流程圖。在接收端擴(kuò)展頻帶的方法包括·一個(gè)接收步驟RX_S，用于接收在窄帶中編碼的語音信號以及所發(fā)送的預(yù)測錯(cuò)誤，·一個(gè)解碼步驟DECOD_S，用于對所接收的窄帶語音信號解碼，·一個(gè)預(yù)測步驟PRED_RX_S，用于根據(jù)在窄帶中接收的信號來預(yù)測具有比該窄帶寬的頻譜帶的稱作寬帶信號的一個(gè)信號，·一個(gè)校正步驟CORR_S，用于利用所預(yù)測的預(yù)測錯(cuò)誤校正所預(yù)測的寬帶信號，·一個(gè)語音合成步驟SYNT_S，用于根據(jù)被校正的寬帶信號合成具有比窄帶寬的頻譜帶的一個(gè)語音信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中不同信號由它們各自的語音參數(shù)來識別，在接收方法中執(zhí)行的預(yù)測步驟PRED_RX_S包括下列子步驟·一個(gè)子步驟，用于所接收的窄帶信號在解碼之后的預(yù)測分析，以從已解碼信號中提取LSF參數(shù)，·一個(gè)預(yù)測子步驟，用于根據(jù)在窄帶中提取的LSF參數(shù)來預(yù)測所接收信號的LSF寬帶參數(shù)。
校正步驟CORR_S包括步驟利用所接收的已量化預(yù)測錯(cuò)誤校正LSF寬帶參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)送具有稱作原始頻帶的指定頻譜帶的原始語音信號的發(fā)送機(jī)，該發(fā)送機(jī)包括·一個(gè)語音編碼塊，用于實(shí)現(xiàn)原始語音信號的窄帶中的編碼，并以其發(fā)送為目的而獲得在比原始頻帶窄的稱作窄帶的頻譜帶中被編碼的語音信號，·預(yù)測塊，用于根據(jù)窄帶信號來預(yù)測具有比窄帶寬的頻譜帶并表示原始信號的稱作寬帶信號的信號，·錯(cuò)誤估計(jì)塊，用于估計(jì)在所預(yù)測寬帶信號和原始信號之間的預(yù)測錯(cuò)誤，·發(fā)送塊，用于發(fā)送所述已在窄帶中編碼的語音信號以及預(yù)測錯(cuò)誤。
2.一種用于接收語音信號的接收機(jī)，該接收機(jī)包括·接收塊，用于接收已在窄帶中編碼的語音信號以及一個(gè)預(yù)測錯(cuò)誤，·語音解碼塊，用于對所接收的窄帶語音信號解碼，·預(yù)測塊，用于根據(jù)在窄帶中接收的信號預(yù)測具有比該窄帶寬的頻譜帶的稱作寬帶信號的信號，·校正塊，用于利用所接收預(yù)測錯(cuò)誤校正所預(yù)測的寬帶信號，·語音合成塊，用于根據(jù)所校正的寬帶信號合成具有比窄帶寬的頻譜帶的語音信號。
3.一種發(fā)送具有稱作原始頻帶的指定頻譜帶的原始語音信號的方法，該方法包括·一個(gè)語音編碼步驟，用于實(shí)現(xiàn)原始語音信號在窄帶中的編碼并用于以其發(fā)送為目的，獲得在比原始頻帶窄的稱作窄帶的頻譜帶中編碼的語音信號，·一個(gè)預(yù)測步驟，用于預(yù)測表示原始信號的寬帶信號，·一個(gè)錯(cuò)誤估計(jì)步驟，用于估計(jì)所預(yù)測寬帶信號和原始語音信號之間的預(yù)測錯(cuò)誤，·一個(gè)發(fā)送步驟，用于發(fā)送在窄帶中編碼的所述語音信號以及預(yù)測錯(cuò)誤。
4.一種用于如權(quán)利要求1所述的發(fā)送機(jī)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括軟件代碼部分，其一旦被加載到發(fā)送機(jī)中就使得其能夠執(zhí)行如權(quán)利要求3所述的方法的步驟。
5.一種適合于利用由權(quán)利要求3所述的發(fā)送方法發(fā)送的語音信號而在接收端擴(kuò)展頻帶的方法，該方法包括·一個(gè)接收步驟，用于接收在窄帶中編碼的語音信號以及一個(gè)預(yù)測錯(cuò)誤，·一個(gè)解碼步驟，用于對所接收的窄帶語音信號解碼，·一個(gè)預(yù)測步驟，用于根據(jù)在窄帶中接收的信號來預(yù)測具有比該窄帶寬的頻譜帶的稱作寬帶信號的一個(gè)信號，·一個(gè)校正步驟，用于利用所接收的預(yù)測錯(cuò)誤校正所預(yù)測的寬帶信號，·一個(gè)語音合成步驟，用于根據(jù)被校正的寬帶信號合成具有比窄帶寬的頻譜帶的一個(gè)語音信號。
6.一種用于如權(quán)利要求2所述的接收機(jī)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該產(chǎn)品包括軟件代碼部分，其一旦被加載到接收機(jī)中就使得其能夠執(zhí)行如權(quán)利要求5所述的方法的步驟。
7.一種用于發(fā)送預(yù)定給一個(gè)數(shù)字電信系統(tǒng)的已編碼語音信號的電話，其特征在于它包括如權(quán)利要求1所述的發(fā)送機(jī)。
8.一種用于從數(shù)字電信系統(tǒng)中接收已編碼語音信號的電話，其特征在于它包括如權(quán)利要求2所述的接收機(jī)。
9.一種用于發(fā)送和接收語音信號的數(shù)字電信系統(tǒng)，其特征在于它包括如權(quán)利要求1所述的至少一個(gè)發(fā)送機(jī)和如權(quán)利要求2所述的至少一個(gè)接收機(jī)。
10.一種具有稱作原始頻帶的指定頻譜帶的語音信號，該語音信號由[權(quán)利要求1]的發(fā)送機(jī)發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)送機(jī)和接收機(jī),用于在接收端擴(kuò)展信號的頻譜帶,所發(fā)送的信號已經(jīng)在窄帶中被編碼。本發(fā)明包括用于根據(jù)表示原始信號的窄帶信號預(yù)測寬帶信號的裝置、用于通過將預(yù)測與原始信號相比較以估計(jì)預(yù)測錯(cuò)誤的裝置,以及用于發(fā)送預(yù)測錯(cuò)誤與窄帶中編碼的信號,以用于在接收端重建寬帶信號的裝置。應(yīng)用:數(shù)字電信、移動(dòng)電話。
文檔編號G10L21/02GK1381041SQ01801427
公開日2002年11月20日 申請日期2001年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月26日
發(fā)明者G·米埃特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司