專利名稱：帶寬擴(kuò)展裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過輸入窄帶信號并輸出擴(kuò)展了輸入信號頻率帶寬的帶寬擴(kuò)展信號來改善聽覺音質(zhì)的帶寬擴(kuò)展裝置及方法。
背景技術(shù)：
已知有不是從發(fā)送側(cè)傳送用于頻帶擴(kuò)展的輔助信息，而是將通過低比特率編碼并再現(xiàn)的聲音信號的頻帶在接收側(cè)進(jìn)行擴(kuò)展的方式(例如，非專利文獻(xiàn)1)。
非專利文獻(xiàn)1P.Jax，P.Vary，“Wideband extension of telephonespeech using hidden markov model”，Proc.IEEE Speech Coding Workshop，pp.133-135，2000。
在這種以往的方式中，在接收側(cè)使用HMM(Hidden Markov Model隱馬爾科夫模型)搜索進(jìn)行了帶寬擴(kuò)展后的濾波器系數(shù)。
而另一方面，對于窄帶的輸入信號，還沒有有關(guān)直接對其進(jìn)行擴(kuò)展帶寬的處理的先例。
在上述文獻(xiàn)1的以往的方法中，需要進(jìn)行寬帶聲音的頻譜包絡(luò)或?yàn)V波器系數(shù)的基于HMM的模型化，因此存在以下問題。由于需要從大量的聲音數(shù)據(jù)庫中預(yù)先離線確定HMM模型的參數(shù)，為此需要大量的計(jì)算時(shí)間和成本，并且在接收側(cè)實(shí)時(shí)進(jìn)行帶寬擴(kuò)展處理時(shí)，需要進(jìn)行基于HMM模型的搜索，為此需要大量的運(yùn)算。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題，并提供一種對窄帶的輸入信號直接擴(kuò)展頻率帶寬的帶寬擴(kuò)展裝置及方法。此外，本發(fā)明的另一目的是提供一種與以往方式相比，用較少的運(yùn)算量就可以獲得良好音質(zhì)的帶寬擴(kuò)展聲音的帶寬擴(kuò)展裝置及方法。
本發(fā)明在至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并擴(kuò)展所述輸入信號的頻率帶寬時(shí)，計(jì)算表示所輸入的所述預(yù)定帶寬的輸入信號的頻譜特性的頻譜參數(shù)，并在將該頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)，從而使用在噪聲生成部生成的噪聲信號、所述濾波器系數(shù)以及所輸入的輸入信號來進(jìn)行所述帶寬擴(kuò)展信號的生成。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的帶寬擴(kuò)展裝置包括頻譜參數(shù)計(jì)算部，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號(窄帶輸入信號)，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)；噪聲生成部，生成噪聲信號；系數(shù)計(jì)算部，在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)；增益部，向所述噪聲生成部的輸出賦予適當(dāng)?shù)脑鲆?；合成濾波器部，使所述增益部的輸出通過使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號；該帶寬擴(kuò)展裝置將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算來輸出帶寬擴(kuò)展信號。
此外，根據(jù)本發(fā)明另一方面的帶寬擴(kuò)展裝置包括頻譜參數(shù)計(jì)算部，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號(窄帶輸入信號)，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)；自適應(yīng)碼本部，至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并基于所述基音周期與過去的聲源信號來生成自適應(yīng)碼本成分；噪聲生成部，生成噪聲信號；系數(shù)計(jì)算部，在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)；增益部，在向所述噪聲生成部的輸出和所述自適應(yīng)碼本部的輸出中的至少一個(gè)賦予適當(dāng)?shù)脑鲆婧筮M(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號；合成濾波器部，向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器至少輸入所述聲源信號，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號；該帶寬擴(kuò)展裝置在對所述輸入信號的采樣頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后加上所述合成濾波器部的輸出信號并輸出。
根據(jù)本發(fā)明其他方面的帶寬擴(kuò)展裝置包括頻譜參數(shù)計(jì)算部，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號(窄帶輸入信號)，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)；自適應(yīng)碼本部，至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并基于所述基音周期與過去的聲源信號來生成自適應(yīng)碼本成分；噪聲生成部，生成噪聲信號；系數(shù)計(jì)算部，在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)；增益部，在向所述噪聲生成部的輸出和所述自適應(yīng)碼本部的輸出中的至少一個(gè)賦予適當(dāng)?shù)脑鲆婧筮M(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號；合成濾波器部，使用所述基音周期使所述聲源信號通過基音前置濾波器，并至少將所述基音前置濾波器的輸出信號輸入給使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號；該帶寬擴(kuò)展裝置將轉(zhuǎn)換了在對所述輸入信號的采樣頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后加上所述合成濾波器部的輸出信號并輸出。
根據(jù)本發(fā)明的帶寬擴(kuò)展裝置，也可以是包括將自適應(yīng)碼本部的輸出作為輸入的低通濾波器的結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的帶寬擴(kuò)展裝置也可以是如下結(jié)構(gòu)利用向所述系數(shù)施加權(quán)重而得的加權(quán)系數(shù)來構(gòu)成后置濾波器，使所述合成濾波器部的輸出信號通過所述后置濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號。
本發(fā)明一個(gè)方面的方法包括(A01)至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號(窄帶輸入信號)，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；(A02)在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；(A03)向在噪聲生成部生成的噪聲信號賦予增益的步驟；(A04)使被賦予所述增益的信號通過使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；(A05)將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號(窄帶輸入信號)的采樣頻率的信號與所述合成濾波器的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
本發(fā)明另一方面的方法包括(A11)至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號(窄帶輸入信號)，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；(A12)至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并基于所述基音周期與過去的聲源信號來生成自適應(yīng)碼本成分的步驟；(A13)在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；(A14)在向來自噪聲生成部的噪聲信號和所述自適應(yīng)碼本成分中的至少一個(gè)賦予增益后進(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號的步驟；(A15)向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器至少輸入所述聲源信號來再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和(A16)將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號(窄帶輸入信號)的采樣頻率的信號與所述合成濾波器的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
本發(fā)明又一方面的方法包括(A21)至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號(窄帶輸入信號)，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；(A22)至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并基于所述基音周期與過去的聲源信號來生成自適應(yīng)碼本成分的步驟；(A23)在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；(A24)在向來自噪聲生成部的噪聲信號和所述自適應(yīng)碼本成分中的至少一個(gè)賦予增益后進(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號的步驟；(A25)使用所述基音周期對所述聲源信號進(jìn)行前置濾波處理的步驟；(A26)向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器至少輸入所述聲源信號來再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和(A27)將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號(窄帶輸入信號)的采樣頻率的信號與所述合成濾波器的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
本發(fā)明再一方面的方法包括(A31)至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號(窄帶輸入信號)，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；(A32)至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并使用基音周期生成周期信號的步驟；
(A33)在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；(A34)在向來自噪聲生成部的噪聲信號和所述周期信號中的至少一個(gè)賦予適當(dāng)?shù)脑鲆婧筮M(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號的步驟；(A35)向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器至少輸入所述聲源信號來再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和(A36)將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號(窄帶輸入信號)的采樣頻率的信號與所述合成濾波器的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
本發(fā)明其他方面的方法包括(A41)至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號(窄帶輸入信號)，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；(A42)至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并使用基音周期生成周期信號的步驟；(A43)在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；(A44)在向來自噪聲生成部的噪聲信號和所述周期信號中的至少一個(gè)賦予增益后進(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號的步驟；(A45)使用所述基音周期對所述聲源信號進(jìn)行前置濾波處理的步驟；(A46)向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器至少輸入所述前置濾波處理結(jié)果信號來再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和(A47)將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
在本發(fā)明的方法中，也可以包括對所述自適應(yīng)碼本成分進(jìn)行低通濾波處理，從而使預(yù)定截止頻率以下的頻率成分通過的步驟。
在本發(fā)明的方法中，也可以包括使所述合成濾波器的輸出信號通過下述后置濾波器來再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟，其中所述后置濾波器是利用向所述系數(shù)施加權(quán)重而得的加權(quán)系數(shù)構(gòu)成的。
本發(fā)明具有如下效果即，對于窄帶(例如4kHz)的輸入信號，通過運(yùn)算量較少的處理生成高頻信號，并使其與轉(zhuǎn)換了窄帶輸入信號的采樣頻率的信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而生成帶寬擴(kuò)展信號(例如7kHz)。
此外，本發(fā)明具有如下效果即，基于高頻部分的過去的聲源信號，利用從窄帶輸入信號計(jì)算出的延遲來生成自適應(yīng)碼本信號，并向其乘上適當(dāng)增益后與噪聲信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而能夠例如母音那樣在高頻部分的信號需要周期性時(shí)，生成音質(zhì)良好的帶寬擴(kuò)展信號。
此外，本發(fā)明還具有如下效果即，利用延遲對聲源信號使用前置濾波器，或者向來自系數(shù)計(jì)算電路的系數(shù)進(jìn)行加權(quán)后使用后置濾波器，從而可以生成音質(zhì)更好的帶寬擴(kuò)展信號。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明第四實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明第五實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明第二實(shí)施方式的變形例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了更詳細(xì)地?cái)⑹霰景l(fā)明，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。以下假定將4kHz帶寬的窄帶輸入信號帶寬擴(kuò)展為5kHz帶寬或7kHz帶寬的信號。
圖1是本發(fā)明帶寬擴(kuò)展裝置的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖1，第一實(shí)施方式的帶寬擴(kuò)展裝置包括頻譜參數(shù)計(jì)算電路100、噪聲生成電路120、系數(shù)計(jì)算電路130、增益電路140、合成濾波器電路170、采樣頻率轉(zhuǎn)換電路180、加法器190、有聲/無聲判別電路200、以及增益調(diào)節(jié)電路210。
在輸入窄帶輸入信號x(n)的帶寬擴(kuò)展裝置中，頻譜參數(shù)計(jì)算電路100將輸入信號分割成幀(例如10ms)，然后對每一幀計(jì)算預(yù)定階數(shù)P的頻譜參數(shù)。這里，頻譜參數(shù)是表示每幀聲音信號的頻譜概況的參數(shù)，在該計(jì)算中可使用公知的LPC分析等。此外，在頻譜參數(shù)計(jì)算部中，將通過LPC分析計(jì)算出的線性預(yù)測系數(shù)αi(i＝1，…P)轉(zhuǎn)換成適于量化或插值的LSP參數(shù)并輸出。這里，從線性預(yù)測系數(shù)向LSP的轉(zhuǎn)換，例如可參照下面的論文(例如參照非專利文獻(xiàn)2)。
非專利文獻(xiàn)2菅村、板倉“線スペクトル対(LSP)音聲分析合成方式による音聲情報(bào)壓縮”，電子通信學(xué)會論文誌(“基于線性頻譜對(LSP)聲音分析合成方式的聲音信息壓縮”，電子通信學(xué)會論文志)，J64-A，pp.599-606，1981。
系數(shù)計(jì)算電路130輸入頻譜參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為進(jìn)行了帶寬擴(kuò)展的信號的系數(shù)。在該轉(zhuǎn)換中例如可使用將LSP的頻率簡單轉(zhuǎn)換為高頻率的方法、非線性轉(zhuǎn)換方法、線性轉(zhuǎn)換方法等公知的方法。在這里，在使用LSP參數(shù)的全部或一部分將LSP的存在頻率帶寬轉(zhuǎn)換為高頻帶之后，將其轉(zhuǎn)換為P階線性預(yù)測系數(shù)，并輸出給合成濾波器電路170。
噪聲生成電路120生成與幀長相等的時(shí)間長度的噪聲信號，并將其輸出給增益電路140，其中所述噪聲信號的平均振幅被標(biāo)準(zhǔn)化為預(yù)定的電平，并且頻帶被限制。這里，噪聲信號作為一個(gè)例子使用了白色噪聲，但也可以使用其它噪聲信號。
有聲/無聲判別電路200輸入窄帶輸入信號x(n)，并判別每一幀的信號是有聲還是無聲。作為有聲/無聲的判定，例如，例如，針對窄帶輸入信號x(n)，根據(jù)公式(1)計(jì)算直到預(yù)定延遲時(shí)間m為止的標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)D(T)，求出D(T)的最大值，并且若D(T)的最大值大于預(yù)定閾值的話，就判別為有聲，否則判別為無聲。
D(T)=[ΣN=0N-1x(n)x(n-T)]/[ΣN=0N-1x2(n-T)]---(1)]]>然后，有聲/無聲判別電路200將有聲/無聲判別信息輸出給增益調(diào)節(jié)電路210。此外，在式(1)中，N是用于計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)的樣本數(shù)。
增益調(diào)節(jié)電路210從有聲/無聲判別電路200輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲/無聲來調(diào)節(jié)賦予噪聲信號的增益，并輸出給增益電路140。
增益電路140從增益調(diào)節(jié)電路210輸入增益，然后在噪聲生成電路120的輸出信號上乘以增益，輸出給合成濾波器電路170。
合成濾波器電路170輸入加法器160的輸出信號，還從系數(shù)計(jì)算部130輸入預(yù)定次數(shù)的系數(shù)來構(gòu)成濾波器，從而輸出帶寬擴(kuò)展所需的高頻帶信號y(n)。
采樣頻率轉(zhuǎn)換電路180將窄帶輸入信號x(n)上采樣(upsampling)為預(yù)定的采樣頻率，輸出上采樣后的信號s(n)。
加法器190對合成濾波器電路170的輸出信號y(n)和采樣頻率轉(zhuǎn)換電路180的輸出信號s(n)進(jìn)行加法運(yùn)算，最后形成并輸出帶寬擴(kuò)展了的信號。
如上結(jié)束對第一實(shí)施方式的說明。
圖2是本發(fā)明第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖2，第二實(shí)施方式的帶寬擴(kuò)展裝置包括頻譜參數(shù)計(jì)算電路100、自適應(yīng)碼本電路110、噪聲生成電路120、系數(shù)計(jì)算電路130、增益電路340、合成濾波器電路170、采樣頻率轉(zhuǎn)換電路180、加法器160、加法器190、有聲/無聲判別電路200以及增益調(diào)節(jié)電路310。在圖2中，與圖1相同的結(jié)構(gòu)元素標(biāo)注相同的參考標(biāo)號。以下說明與所述第一實(shí)施方式的不同點(diǎn)，并適當(dāng)省略與圖1相同的元素的說明。本發(fā)明的第二實(shí)施方式除了圖1的結(jié)構(gòu)之外，還包括自適應(yīng)碼本電路110和加法器160。
有聲/無聲判別電路200輸入窄帶輸入信號x(n)，并判別每一幀的信號是有聲還是無聲。作為有聲/無聲的判定，例如，針對窄帶輸入信號x(n)，根據(jù)公式(1)計(jì)算直到預(yù)定延遲時(shí)間m為止的標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)D(T)，求出D(T)的最大值，并且若D(T)的最大值大于預(yù)定的閾值的話，就判別為有聲，否則判別為無聲。
此外，有聲/無聲判別電路200在有聲部分的幀中，將使標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)D(T)最大的T的值作為基音(pitch)周期T而提供給自適應(yīng)碼本電路110。
自適應(yīng)碼本電路110從有聲/無聲判別電路200輸入自適應(yīng)碼本的延遲T，并基于過去的聲源信號v(n)，根據(jù)下式(2)生成自適應(yīng)碼向量p(n)并輸出給增益電路340。
p(n)＝v(n-T)(2)增益電路340從增益調(diào)節(jié)電路310輸入增益，并向自適應(yīng)碼本電路110和噪聲生成電路120中的至少一個(gè)的輸出信號乘以增益，輸出給加法器160。
加法器160對從增益電路340輸出的兩種信號進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給合成濾波器電路170和自適應(yīng)碼本電路110。
合成濾波器電路170輸入加法器160的輸出信號(聲源信號)，還從系數(shù)計(jì)算部130輸入預(yù)定階數(shù)的濾波器系數(shù)來構(gòu)成合成濾波器，從而輸出帶寬擴(kuò)展所需的高頻帶的信號y(n)。
增益調(diào)節(jié)電路310從有聲/無聲判別電路200輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)自適應(yīng)碼本信號的增益和噪聲信號的增益，并提供給增益電路340。
加法器190對合成濾波器電路170的輸出信號y(n)和采樣頻率轉(zhuǎn)換電路180的輸出信號s(n)進(jìn)行加法運(yùn)算，最后形成并輸出帶寬擴(kuò)展了的信號。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，基于高頻部分的過去的聲源信號，利用從窄帶輸入信號計(jì)算出的延遲生成自適應(yīng)碼本信號，并乘上適當(dāng)?shù)脑鲆婧笈c噪聲信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而在如母音等那樣高頻部分的信號需要周期性時(shí)可以生成音質(zhì)良好的頻帶擴(kuò)展信號。如上結(jié)束對第二實(shí)施方式的說明。此外，作為本發(fā)明第二實(shí)施方式的變形，如圖6所示，代替圖2的自適應(yīng)碼本電路110，也可以采用具有基音生成電路115的結(jié)構(gòu)?；羯呻娐?15從輸入信號計(jì)算出基音周期，并利用基音周期來生成周期信號后輸出給增益電路340?；羯呻娐?15以外的結(jié)構(gòu)和上述第二實(shí)施方式相同。
圖3是本發(fā)明第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖3，第三實(shí)施方式的帶寬擴(kuò)展裝置包括頻譜參數(shù)計(jì)算電路100、自適應(yīng)碼本電路110、噪聲生成電路120、系數(shù)計(jì)算電路130、增益電路300、合成濾波器電路170、采樣頻率轉(zhuǎn)換電路180、加法器190、有聲/無聲判別電路200、增益調(diào)節(jié)電路310以及基音前置濾波器400。在圖3中，與圖1、圖2相同的元素標(biāo)注相同的參考標(biāo)號。以下主要說明與上述第二實(shí)施方式的不同點(diǎn)，適當(dāng)省略與圖2相同的元素的說明。
增益電路300從增益調(diào)節(jié)電路310輸入增益，并向自適應(yīng)碼本電路110和噪聲生成電路120的輸出信號乘以增益后，對兩種信號進(jìn)行加法運(yùn)算，然后將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給基音前置濾波器400。
基音前置濾波器400從有聲/無聲判別電路200輸入延遲T(基音周期)，并對聲源信號v(n)根據(jù)下式(3)進(jìn)行基音前置濾波后輸出給合成濾波器170。
v′(n)＝v(n)+βp(n-T)(3)基音前置濾波器400的輸出還被提供給自適應(yīng)碼本電路110。
合成濾波器電路170輸入基音前置濾波器400的輸出信號，還從系數(shù)計(jì)算電路130輸入預(yù)定階數(shù)的系數(shù)來構(gòu)成濾波器，從而輸出帶寬擴(kuò)展所需的高頻帶信號y(n)。
通過利用延遲對聲源信號使用基音前置濾波器400，可以生成良好音質(zhì)的帶寬擴(kuò)展信號。如上結(jié)束對第三實(shí)施方式的說明。此外，與上述第二實(shí)施方式的變形例一樣，在本實(shí)施方式中當(dāng)然也可以代替自適應(yīng)碼本電路110而使用基音生成電路。
圖4是本發(fā)明第四實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖4，第四實(shí)施方式的帶寬擴(kuò)展裝置包括頻譜參數(shù)計(jì)算電路100、自適應(yīng)碼本電路110、噪聲生成電路120、系數(shù)計(jì)算電路130、增益電路340、加法器160、合成濾波器電路170、采樣頻率轉(zhuǎn)換電路180、加法器190、有聲/無聲判別電路200、增益調(diào)節(jié)電路310以及低通濾波器電路500。在圖4中，與圖2相同的元素標(biāo)注相同的參考標(biāo)號。如圖4所示，在第四實(shí)施方式中，在圖2所示的上述第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)上添加了低通濾波器電路500。以下主要說明與上述第二實(shí)施方式的不同點(diǎn)，并適當(dāng)省略與圖2相同的元素的說明。
低通濾波器電路500針對自適應(yīng)碼本電路110的輸出信號，根據(jù)p′(n)＝p(n)*h(n)(4)使預(yù)定截止頻率以下的信號通過，從而輸出給增益電路340。事先預(yù)定低通濾波器電路500的截止頻率，例如可設(shè)為6kHz。此外，在式(4)中，h(n)表示低通濾波器的脈沖響應(yīng)，符號“*”表示卷積運(yùn)算。
如上結(jié)束對本發(fā)明第四實(shí)施方式的說明。此外，作為該第四實(shí)施方式的變形，與上述第二實(shí)施方式的變形例一樣，也可以使用基音生成電路來代替自適應(yīng)碼本電路110。
圖5是本發(fā)明第五實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖3，第五實(shí)施方式的帶寬擴(kuò)展裝置包括頻譜參數(shù)計(jì)算電路100、自適應(yīng)碼本電路110、噪聲生成電路120、系數(shù)計(jì)算電路130、增益電路300、合成濾波器電路170、采樣頻率轉(zhuǎn)換電路180、加法器190、有聲/無聲判別電路200、增益調(diào)節(jié)電路310、基音濾波器400以及后置濾波器600。在圖5中，與圖3相同的元素標(biāo)注相同的參考標(biāo)號。如圖5所示，本發(fā)明的第五實(shí)施方式除了上述第三實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)之外，還具有后置濾波器600。以下主要說明與上述第三實(shí)施方式的不同點(diǎn)，并適當(dāng)省略與圖3相同的元素的說明。
后置濾波器600從系數(shù)計(jì)算電路130輸入系數(shù)(濾波器系數(shù))，并在給系數(shù)賦予權(quán)重后，根據(jù)式(5)進(jìn)行后置濾波，然后將輸出輸出給加法器190。
y′(n)=y(n)-Σaiγ1iy(n-i)+Σaiγ2iy′(n-i)---(5)]]>通過使用后置濾波器600，可生成音質(zhì)良好的帶寬擴(kuò)展信號。如上結(jié)束對第五實(shí)施方式的說明。此外，作為第四實(shí)施方式的變形，也與上述第二實(shí)施方式的變形例一樣，可以使用基音發(fā)生電路來代替自適應(yīng)碼本電路110。
而且，也可以將各實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)組合起來，例如，將上述第五實(shí)施方式中所說明的后置濾波器用到上述第一實(shí)施方式中。在本發(fā)明中，例如也可以構(gòu)成為不是僅輸入一種而是輸入多種預(yù)定的預(yù)定帶寬信號(窄帶信號)的結(jié)構(gòu)。以上基于上述各實(shí)施方式來對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，其包括本領(lǐng)域技術(shù)人員在權(quán)利要求書的各權(quán)利要求的發(fā)明范圍內(nèi)能夠進(jìn)行的各種變形、改進(jìn)是很顯然的。
權(quán)利要求
1.一種帶寬擴(kuò)展裝置，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并輸出擴(kuò)展了所述輸入信號的頻率帶寬的帶寬擴(kuò)展信號，所述帶寬擴(kuò)展裝置的特征在于，至少包括計(jì)算頻譜參數(shù)的頻譜參數(shù)計(jì)算部，其中所述頻譜參數(shù)表示所輸入的所述預(yù)定帶寬的輸入信號的頻譜特性；生成噪聲信號的噪聲生成部；在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的系數(shù)計(jì)算部，基于所述噪聲信號、所述濾波器系數(shù)以及所述輸入信號進(jìn)行所述帶寬擴(kuò)展信號的生成。
2.一種帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括頻譜參數(shù)計(jì)算部，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)；噪聲生成部，生成噪聲信號；系數(shù)計(jì)算部，在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)；增益部，向所述噪聲生成部的輸出賦予增益；合成濾波器部，使所述增益部的輸出信號通過使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的單元。
3.如權(quán)利要求2所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括有聲/無聲判別電路，該有聲/無聲判別電路輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號，并判別每一幀的信號是有聲還是無聲，所述增益部包括增益調(diào)節(jié)部，輸入從所述有聲/無聲判別電路輸出的有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲/無聲來調(diào)節(jié)向所述噪聲生成部的輸出信號賦予的增益；增益電路，輸入通過所述增益調(diào)節(jié)部調(diào)節(jié)的所述增益，并在所述噪聲生成部的輸出信號上乘以所述增益并輸出。
4.一種帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括頻譜參數(shù)計(jì)算部，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)；自適應(yīng)碼本部，至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并基于所述基音周期與過去的聲源信號來生成自適應(yīng)碼本成分；噪聲生成部，生成噪聲信號；系數(shù)計(jì)算部，在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)；增益部，在向所述噪聲生成部的輸出信號和所述自適應(yīng)碼本部的輸出信號中的至少一個(gè)賦予了適當(dāng)?shù)脑鲆婧筮M(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號；合成濾波器部，向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器輸入來自所述增益部的所述聲源信號，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的單元。
5.如權(quán)利要求4所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括有聲/無聲判別電路，該有聲/無聲判別電路輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號并判別每一幀的信號是有聲還是無聲，并在有聲部分的幀中，將通過所述有聲、無聲的判別所導(dǎo)出的預(yù)定的延遲作為基音周期提供給構(gòu)成所述自適應(yīng)碼本部的自適應(yīng)碼本電路，所述自適應(yīng)碼本電路將來自所述有聲/無聲判別電路的延遲作為自適應(yīng)碼本的延遲而輸入，并基于過去的聲源信號生成自適應(yīng)碼本信號并輸出；所述增益部包括增益調(diào)節(jié)電路，從所述有聲/無聲判別電路輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)所述自適應(yīng)碼本電路的輸出信號的增益和所述噪聲生成部的輸出信號的增益，并輸出；增益電路，從所述增益調(diào)節(jié)電路輸入增益，并在所述自適應(yīng)碼本電路的輸出信號和所述噪聲生成部的輸出信號中的至少一個(gè)上乘以增益并輸出；加法器，對從所述增益電路輸出的兩個(gè)輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給所述合成濾波器和所述自適應(yīng)碼本電路。
6.一種帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括頻譜參數(shù)計(jì)算部，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)；自適應(yīng)碼本部，至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并基于所述基音周期與過去的聲源信號來生成自適應(yīng)碼本成分；噪聲生成部，生成噪聲信號；系數(shù)計(jì)算部，在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)；增益部，在向所述噪聲生成部的輸出信號和所述自適應(yīng)碼本部的輸出信號中的至少一個(gè)賦予了適當(dāng)?shù)脑鲆婧筮M(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號；基音前置濾波器，使用所述基音周期對來自所述增益部的所述聲源信號進(jìn)行濾波處理；合成濾波器部，向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器輸入所述基音前置濾波器的輸出信號，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的單元。
7.如權(quán)利要求6所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括有聲/無聲判別電路，該有聲/無聲判別電路輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號并判別每一幀的信號是有聲還是無聲，并在有聲部分的幀中，將通過所述有聲、無聲的判別所導(dǎo)出的預(yù)定的延遲作為基音周期提供給構(gòu)成所述自適應(yīng)碼本部的自適應(yīng)碼本電路和所述基音前置濾波器，所述自適應(yīng)碼本電路將來自所述有聲/無聲判別電路的延遲作為自適應(yīng)碼本的延遲而輸入，并基于過去的聲源信號生成自適應(yīng)碼本信號并輸出，所述增益部包括增益調(diào)節(jié)電路，從所述有聲/無聲判別電路輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)所述自適應(yīng)碼本電路的輸出信號的增益和所述噪聲生成部的輸出信號的增益，并輸出；增益電路，從所述增益調(diào)節(jié)電路輸入增益，并向所述自適應(yīng)碼本電路的輸出信號和所述噪聲生成部的輸出信號中的至少一個(gè)乘以增益，并對至少一個(gè)乘上了所述增益的兩個(gè)輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給所述基音前置濾波器，所述基音前置濾波器的輸出信號被提供給所述合成濾波器以及所述自適應(yīng)碼本電路。
8.一種帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括頻譜參數(shù)計(jì)算部，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)；基音生成部，至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并使用基音周期生成周期信號；噪聲生成部，生成噪聲信號；系數(shù)計(jì)算部，在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)；增益部，在向所述噪聲生成部的輸出信號和所述基音生成部的輸出信號中的至少一個(gè)賦予了適當(dāng)?shù)脑鲆婧筮M(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號；合成濾波器部，向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器輸入從所述增益部輸出的所述聲源信號，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的單元。
9.如權(quán)利要求8所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括有聲/無聲判別電路，該有聲/無聲判別電路輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號并判別每一幀的信號是有聲還是無聲，并在有聲部分的幀中，將通過所述有聲、無聲的判別所導(dǎo)出的預(yù)定的延遲作為基音周期提供給所述基音生成部，所述增益部包括增益調(diào)節(jié)電路，從所述有聲/無聲判別電路輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)所述基音生成部的輸出信號的增益和所述噪聲生成部的輸出信號的增益，并輸出；增益電路，從所述增益調(diào)節(jié)電路輸入增益，并在所述基音生成部的輸出信號和所述噪聲生成部的輸出信號中的至少一個(gè)上乘以增益，并輸出；加法器，對從所述增益電路輸出的兩個(gè)輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給所述合成濾波器。
10.一種帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括頻譜參數(shù)計(jì)算部，至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)；基音生成部，至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并使用基音周期生成周期信號；噪聲生成部，生成噪聲信號；系數(shù)計(jì)算部，在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)；增益部，在向所述噪聲生成部的輸出信號和所述基音生成部的輸出信號中的至少一個(gè)賦予了增益后進(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號；基音前置濾波器，使用所述基音周期對來自所述增益部的所述聲源信號進(jìn)行濾波處理；合成濾波器部，向使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器輸入所述基音前置濾波器的輸出信號，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號；和對轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的單元。
11.如權(quán)利要求10所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括有聲/無聲判別電路，該有聲/無聲判別電路輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號并判別每一幀的信號是有聲還是無聲，并在有聲部分的幀中，將通過所述有聲、無聲的判別所導(dǎo)出的預(yù)定的延遲作為基音周期提供給所述基音生成部和所述基音前置濾波器，所述增益部包括增益調(diào)節(jié)電路，從所述有聲/無聲判別電路輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)所述基音生成部的輸出信號的增益和所述噪聲生成部的輸出信號的增益，并輸出；增益電路，從所述增益調(diào)節(jié)電路輸入增益，并在所述基音生成部的輸出信號和所述噪聲生成部的輸出信號中的至少一個(gè)上乘以增益，并將對兩個(gè)輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算所得的加法運(yùn)算結(jié)果輸出給所述合成濾波器。
12.如權(quán)利要求4或6所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，包括將所述自適應(yīng)碼本部的輸出信號作為輸入的低通濾波器。
13.如權(quán)利要求2至12中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，向從所述系數(shù)計(jì)算部輸出的濾波器系數(shù)施加權(quán)重，并利用所得的加權(quán)系數(shù)構(gòu)成后置濾波器，并使所述合成濾波器部的輸出信號通過所述后置濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，對于4kHz帶寬的輸入信號，輸出5kHz帶寬或7kHz帶寬的帶寬擴(kuò)展信號。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，所述噪聲生成部生成并輸出與幀長相當(dāng)?shù)脑肼曅盘?，其中所述噪聲信號的平均振幅被?biāo)準(zhǔn)化為預(yù)定的電平，并且其帶寬被限制。
16.如權(quán)利要求3所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，所述有聲/無聲判別電路針對預(yù)定帶寬的輸入信號求出直到預(yù)定延遲時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)，并通過所述標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)的最大值與預(yù)定的閾值的大小來判別有聲/無聲，輸出所述有聲/無聲判別信息。
17.如權(quán)利要求5、7、9、11中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，所述有聲/無聲判別電路針對所述預(yù)定帶寬的輸入信號，求出直到預(yù)定延遲時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)，并通過所述標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)的最大值與預(yù)定的閾值的大小來判別有聲/無聲，從而輸出所述有聲/無聲判別信息，并在有聲部分的幀中，將使所述標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)最大的延遲作為基音周期輸出。
18.如權(quán)利要求2、4、6、8、10中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的單元包括采樣頻率轉(zhuǎn)換電路，以預(yù)定的采樣頻率對所述輸入信號進(jìn)行上采樣，并輸出所上采樣的信號；加法器，輸入所述采樣頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出信號和所述合成濾波器的輸出信號并對它們進(jìn)行加法運(yùn)算，從而將該加法運(yùn)算所得的信號作為所述帶寬擴(kuò)展信號輸出。
19.如權(quán)利要求13所述的帶寬擴(kuò)展裝置，其特征在于，將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的單元包括采樣頻率轉(zhuǎn)換電路，以預(yù)定的采樣頻率對所述輸入信號進(jìn)行上采樣，并輸出所上采樣的信號；加法器，輸入所述采樣頻率轉(zhuǎn)換電路的輸出信號和所述后置濾波器的輸出信號并對它們進(jìn)行加法運(yùn)算，然后將該加法運(yùn)算所得的信號作為所述帶寬擴(kuò)展信號輸出。
20.一種帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，至少包括當(dāng)至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并擴(kuò)展所述輸入信號的頻率帶寬時(shí)，計(jì)算頻譜參數(shù)的步驟，其中所述頻譜參數(shù)表示所輸入的所述預(yù)定帶寬的輸入信號的頻譜特性；在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；生成噪聲信號的步驟，使用在所述步驟中生成的所述噪聲信號、所述濾波器系數(shù)以及所述輸入信號進(jìn)行所述帶寬擴(kuò)展信號的生成。
21.一種帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；向在噪聲生成部生成的噪聲信號賦予增益的步驟；使賦予了所述增益的信號通過使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
22.如權(quán)利要求21所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括通過輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號的有聲/無聲判別電路來判別每一幀的信號是有聲還是無聲的步驟；根據(jù)有聲/無聲的判別結(jié)果來調(diào)節(jié)向所述噪聲生成部的輸出信號賦予的增益的步驟；將在所述噪聲生成部的輸出信號上乘以所述調(diào)節(jié)了的增益而得的信號輸出給所述合成濾波器的步驟。
23.一種帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并基于所述基音周期與過去的聲源信號來生成自適應(yīng)碼本成分的步驟；在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；在向來自噪聲生成部的噪聲信號和所述自適應(yīng)碼本成分中的至少一個(gè)賦予了增益后進(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號的步驟；將所述聲源信號輸入給使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
24.如權(quán)利要求23所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括通過輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號的有聲/無聲判別電路來判別每一幀的信號是有聲還是無聲，并在有聲部分的幀中，將通過所述有聲、無聲的判別所導(dǎo)出的預(yù)定的延遲作為基音周期提供給自適應(yīng)碼本電路的步驟；在所述自適應(yīng)碼本電路中，將來自所述有聲/無聲判別電路的所述延遲作為自適應(yīng)碼本的延遲而輸入，并基于過去的聲源信號生成自適應(yīng)碼本信號并輸出的步驟；從所述有聲/無聲判別電路輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)所述自適應(yīng)碼本電路的輸出信號的增益和所述噪聲生成部的輸出信號的增益并輸出的步驟；在所述自適應(yīng)碼本電路的輸出信號和所述噪聲生成部的輸出信號中的至少一個(gè)上乘以所述調(diào)節(jié)了的增益并輸出的步驟；對至少一個(gè)乘上了所述增益的兩個(gè)所述輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給所述合成濾波器和所述自適應(yīng)碼本電路的步驟。
25.一種帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并基于所述基音周期與過去的聲源信號來生成自適應(yīng)碼本成分的步驟；在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；在向來自噪聲生成部的噪聲信號和所述自適應(yīng)碼本成分中的至少一個(gè)賦予了增益后進(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號的步驟；使用所述基音周期對所述聲源信號進(jìn)行前置濾波處理的步驟；將所述前置濾波處理結(jié)果輸入給使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
26.如權(quán)利要求25所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括通過輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號的有聲/無聲判別電路來判別每一幀的信號是有聲還是無聲，并在有聲部分的幀中，將通過所述有聲、無聲的判別所導(dǎo)出的預(yù)定的延遲作為基音周期提供給自適應(yīng)碼本電路和所述基音前置濾波器的步驟；所述自適應(yīng)碼本電路將來自所述有聲/無聲判別電路的延遲作為自適應(yīng)碼本的延遲而輸入，并基于過去的聲源信號生成自適應(yīng)碼本信號并輸出的步驟；從所述有聲/無聲判別電路輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)所述自適應(yīng)碼本電路的輸出信號的增益和所述噪聲生成部的輸出信號的增益并輸出的步驟；在所述自適應(yīng)碼本電路的輸出信號和所述噪聲生成部的輸出信號中的至少一個(gè)上乘以所述調(diào)節(jié)了的增益，并對至少一個(gè)乘上了所述增益的兩個(gè)所述輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給所述基音前置濾波器的步驟；所述基音前置濾波器的輸出被提供給所述合成濾波器和所述自適應(yīng)碼本電路的步驟。
27.一種帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并使用基音周期生成周期信號的步驟；在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；在向來自噪聲生成部的噪聲信號和所述周期信號中的至少一個(gè)賦予了適當(dāng)?shù)脑鲆婧筮M(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號的步驟；將所述聲源信號輸入給使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
28.如權(quán)利要求27所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括通過輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號的有聲/無聲判別電路來判別每一幀的信號是有聲還是無聲，并在有聲部分的幀中，將通過所述有聲、無聲的判別所導(dǎo)出的預(yù)定的延遲作為基音周期提供給所述基音生成部的步驟；從所述有聲/無聲判別電路輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)所述基音生成部的輸出信號的增益和所述噪聲生成部的輸出信號的增益并輸出的步驟；在所述基音生成部的輸出信號和所述噪聲生成部的輸出信號中的至少一個(gè)上乘以所述調(diào)節(jié)了的增益并輸出的步驟；對所述輸出的兩個(gè)輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，并將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給所述合成濾波器的步驟。
29.一種帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括至少輸入預(yù)先確定的預(yù)定帶寬的輸入信號，并計(jì)算表示頻譜特性的頻譜參數(shù)的步驟；至少從所述輸入信號計(jì)算基音周期，并使用基音周期生成周期信號的步驟；在將所述頻譜參數(shù)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后求得濾波器系數(shù)的步驟；在向來自噪聲生成部的噪聲信號和所述周期信號中的至少一個(gè)賦予了增益后進(jìn)行加法運(yùn)算，從而輸出聲源信號的步驟；使用所述基音周期對所述聲源信號進(jìn)行前置濾波處理的步驟；將所述前置濾波處理結(jié)果信號輸入給使用所述濾波器系數(shù)而構(gòu)成的合成濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟；和將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟。
30.如權(quán)利要求29所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括通過輸入所述預(yù)定帶寬的輸入信號的有聲/無聲判別電路來判別每一幀的信號是有聲還是無聲，并在有聲部分的幀中，將通過所述有聲、無聲的判別所導(dǎo)出的預(yù)定的延遲作為基音周期提供給所述基音生成部的步驟；從所述有聲/無聲判別電路輸入有聲/無聲判別信息，并根據(jù)有聲還是無聲來調(diào)節(jié)所述基音生成部的輸出信號的增益和所述噪聲生成部的輸出信號的增益的步驟；在所述基音生成部的輸出信號和所述噪聲生成部的輸出信號中的至少一個(gè)上乘以所述調(diào)節(jié)了的增益，并對至少一個(gè)乘上了所述增益的兩個(gè)所述輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，將加法運(yùn)算結(jié)果輸出給所述合成濾波器的步驟。
31.如權(quán)利要求23或25所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括對所述自適應(yīng)碼本成分進(jìn)行低通濾波處理，從而使預(yù)定截止頻率以下的頻率成分通過的步驟。
32.如權(quán)利要求21至31中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括使所述合成濾波器的輸出信號通過使用加權(quán)系數(shù)而構(gòu)成的后置濾波器，從而再現(xiàn)帶寬擴(kuò)展信號的步驟，其中所述加權(quán)系數(shù)是在所述濾波器系數(shù)上施加權(quán)重而得的。
33.如權(quán)利要求20至32中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，對于4kHz帶寬的輸入信號，輸出5kHz帶寬或7kHz帶寬的帶寬擴(kuò)展信號。
34.如權(quán)利要求20至33中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，所述噪聲生成部生成并輸出與幀長相當(dāng)?shù)脑肼曅盘?，其中所述噪聲信號的平均振幅被?biāo)準(zhǔn)化為預(yù)定的電平，并且其帶寬被限制。
35.如權(quán)利要求22所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括下述步驟，即，所述有聲/無聲判別電路針對所述預(yù)定帶寬的輸入信號求出直到預(yù)定延遲時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)，并通過所述標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)的最大值與預(yù)定的閾值的大小來判別有聲/無聲，輸出所述有聲/無聲判別信息。
36.如權(quán)利要求24、26、28、30中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，包括下述步驟，即，所述有聲/無聲判別電路針對所述預(yù)定帶寬的輸入信號求出直到預(yù)定延遲時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)，并通過所述標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)的最大值與預(yù)定的閾值的大小來判別有聲/無聲，輸出所述有聲/無聲判別信息，并在有聲部分的幀中，將使所述標(biāo)準(zhǔn)化自相關(guān)函數(shù)最大的延遲作為基音周期輸出。
37.如權(quán)利要求21、23、25、27、29中任一項(xiàng)所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟包括以預(yù)定的采樣頻率對所述輸入信號進(jìn)行上采樣，從而輸出上采樣的信號的步驟；輸入所述上采樣的信號和所述合成濾波器的輸出信號并對它們進(jìn)行加法運(yùn)算，然后將該加法運(yùn)算所得的信號作為所述帶寬擴(kuò)展信號輸出的步驟。
38.如權(quán)利要求32所述的帶寬擴(kuò)展方法，其特征在于，將轉(zhuǎn)換了所述輸入信號的采樣頻率的信號與所述合成濾波器部的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算，從而獲得帶寬擴(kuò)展信號的步驟包括以預(yù)定的采樣頻率對所述輸入信號進(jìn)行上采樣，從而輸出上采樣的信號的步驟；輸入所述上采樣的信號和所述后置濾波器的輸出信號并對它們進(jìn)行加法運(yùn)算，然后將該加法運(yùn)算所得的信號作為所述帶寬擴(kuò)展信號輸出的步驟。
全文摘要
一種帶寬擴(kuò)展裝置，包括頻譜參數(shù)計(jì)算電路(100)，對窄帶輸入信號計(jì)算頻譜參數(shù)；系數(shù)計(jì)算電路(130)，輸入頻譜參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換為帶寬擴(kuò)展了的信號的系數(shù)；增益電路(140)，從增益調(diào)節(jié)電路(210)輸入增益，并在噪聲生成電路(120)的輸出信號上乘以增益后輸出給合成濾波器電路(170)；合成濾波器電路(170)，使來自增益電路(140)的信號通過利用系數(shù)計(jì)算電路(130)的系數(shù)構(gòu)成的合成濾波器，從而輸出擴(kuò)展帶寬用的高頻信號y(n)；采樣頻率轉(zhuǎn)換電路(180)，輸入窄帶輸入信號x(n)，并輸出將其上采樣到預(yù)定采樣頻率上的信號s(n)；加法器(190)，相加高頻信號y(n)和信號s(n)來輸出帶寬擴(kuò)展信號。
文檔編號G10L21/00GK1708785SQ200380102290
公開日2005年12月14日 申請日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月31日
發(fā)明者小澤一范 申請人:日本電氣株式會社