修改语音信号的系统和方法技术方案

一种用于语音信号增强的系统和方法在接收机处对一个窄带语音信号进行上抽样以便产生一个宽带语音信号。使用接收的窄带语音信号来再生宽带语音信号的较低频率范围。接收的窄带语音信号被分析以便确定它的共振峰和音调信息。使用从接收的窄带语音信号中得到的信息来合成宽带语音信号的较高频率范围。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及用于在通信网中发射语音信息的技术，并且更特别涉及用于增强接收机处的窄带语音信号的技术。在语音信号的发射中，在网络容量(即，被发射的呼叫次数)和那些呼叫的话音信号的质量之间有一种折衷方法。当今正在使用中的大部分电话系统根据奈奎斯特定理以8kHz的一个抽样速率来在大约300Hz和3.4kHz之间的窄频带中编码并发射语音信号。由于人类语音包含大约50Hz和13kHz之间的频率，所以以一个8kHz速率来抽样人类语音并发射大约300Hz到3.4kHz的窄频率范围必定忽略语音信号中的信息。因此，电话系统必定衰落语音信号的质量。扩展电话系统中发射的语音信号带宽的各种方法已经被开发。该方法能够被分成两类。第一类别包括这样的系统这些系统通过整个电话系统发射的语音信号的带宽以便容纳由人类语音产生的一个更宽频率范围。这些系统在网络各处强加了另外的带宽要求，因此难以实现。第二类别包括这样的系统这些系统使用数学算法来操作被现有电话系统使用的窄带语音信号。典型的示例包括压缩发射机中的宽带语音信号的算法，如此以便可以通过一个现有的窄带连接来发射宽带信号。宽带信号然后必须在接收机处被解压缩。这些方法可能实现起来太昂贵，-因为需要改变现有系统的结构。其他技术实现一种“电报密码本”(codebook)方法。一个电报密码本被用来从窄带语音信号转换为新的宽带语音信号。常常从窄带到宽带的转换是以两种模型为基础的一种用于窄带语言分析而一种用于宽带语音合成。电报密码本关于语音数据被训练以便“学会”大多数话音(语音)的分集。当使用电报密码本时，窄带语音被形成模式并且表示对窄带模型的一个最小间距的电报密码本入口被查找。被选择的模型被转换成它的宽带等价物，其被用于合成宽带语音。与电报密码本相关的一个缺点是它们需要重要的训练。另一种方法通常被称为频谱叠加。频谱叠合技术是以这样一种原理为基础的即，低频带中的内容可以被叠加到较高频带中。一般来说，以一个更高的抽样速率来对窄带信号进行再抽样以便在高频带中引入混叠。较高频带然后用一个低通滤波器而被整形，并且产生宽带信号。这些方法是简单而有效的，但是它们常常引入使话音有金属感的高频失真。因此，在本领域中需要用于发射窄带语音信号的另外的系统和方法。另外，在本领域中需要用于处理接收机处的窄带语音信号的系统和方法，以便模拟宽带语音信号。在一个方面中，本专利技术提供一种用于处理语音信号的方法。该方法包括如下步骤分析一个接收窄带信号以便确定合成的高频带的内容；使用接收的窄带信号来再生语音信号的一个低频带；和把所述再生的低频带与确定的合成高频带进行合并以便产生一个具有合成分量的宽带语音信号。按照本专利技术的另外一个方面，分析步骤还包括如下步骤对接收窄带信号执行一个频谱分析以便确定与语音模型和残留误差信号相关的参数；确定与残留误差信号相关的一个音调；识别与接收窄带信号相关的峰值；和根据确定的音调和识别的峰值中的至少一个把来自接收窄带信号中的信息复制到一个高频带中以便提供合成高频带内容。按照本专利技术的另外一个方面，宽带信号的一个预确定频率范围可以被选择性地增大。宽带信号也可以被转换成一个模拟格式并被放大。按照另一方面，本专利技术提供一个用于处理一个语音信号的系统。该系统包括装置，用于分析一个接收窄带信号以便确定合成高频带内容；装置，用于使用接收的窄带信号来再生语音信号的一个低频带；和装置，用于把所述再生的低频带与确定的合成高频带进行合并以便产生一个具有合成分量的宽带语音信号。按照本专利技术的另外一个方面，用于分析一个接收窄带信号以便确定合成高频带内容的设备包括一个参量频谱分析模块，用于分析窄带信号的共振峰结构并且产生描述该窄频带语音信号的参数和一个误差信号；一个音调判断模块，用于确定由窄带信号表示的声音段的音调；和一个残余扩展器和复制模块，用于处理从窄带语音信号中得到的信息并产生一个合成高频带信号分量。按照本专利技术的另外方面，残余扩展器和复制模块包括一个快速傅里叶变换模块，用于把来自参量频谱分析模块中的误差信号转换成为频域；一个峰值检波器，用于识别误差信号的谐波频率；和一个复制模块，用于把由峰值检波器识别的峰值复制到较高频率范围中。在另一方面中，本专利技术提供一种用于在接收机处处理一个窄带语音信号的系统。本系统包括一个上抽样器，其接收窄带语音信号并且增加抽样频率以便产生具有一个增加频谱的一个输出信号；一个参量频谱分析模块，其接收来自上抽样器中的输出信号并且分析该输出信号以便产生与一个语音模型和一个残留误差信号相关的参数；一个音调判断模块，其接收来自参量频谱分析模块中的残留误差信号并且产生表示该语音信号音调的一个音调信号和表示该语音信号是浊音语音或者是清音语音的一个指示信号；和一个残余扩展器和复制模块，其接收并处理该残留误差信号和该音调信号以便产生一个合成高频带信号分量。图4是一个框图，其说明了根据本专利技术用于把合成信息加到窄带语音信号去的系统和方法的一个可仿效实施例；图5说明了在图4中描述的一个可仿效残余扩展器和复制电路的一个框图；图6是一个框图，其说明了根据本专利技术用于把合成信息加到窄带语音信号去的系统和方法的第二可仿效实施例；图7说明了在图6中描述的一个可仿效残余扩展器和复制电路的一个框图；图8是一个框图，其说明了根据本专利技术用于把合成信息加到窄带语音信号去的系统和方法的第三可仿效实施例；图9是说明了根据本专利技术的一个可仿效残余的修改量的一个框图；附图说明图10是说明了表示浊音的一个语音抽样的短时间自相关函数的一个曲线图；图11是说明了表示浊音的一个语音抽样的平均幅度差值函数的一个曲线图；图12是说明了一个AR模型转送函数可以被分开成两种转送函数的一个框图；图13是一个曲线图，其说明了在把一个合成共振峰加到语音信号之前与后的语音信号的粗略结构；图14是一个曲线图，其说明了在把一个合成共振峰加到语音信号之前与后的语音信号的粗略结构；和图15是一个曲线图，其说明了有关于语音信号的不同参数的AR模型的频率响应曲线。最佳实施方式本专利技术提供对可以在接收机处实现的语音信号处理的改善。按照本专利技术的一个方面，使用接收语音信号的较低频率区域中的信息来合成较高频率区域中的语音信号的频率。本专利技术做出如下事实的有利使用即，语音信号具有可以被外插到较高频率区域中的谐波含量。本专利技术可以被使用于传统的有线线路中(即，固定的)电话系统或者使用于无线(即，移动)电话系统中。因为大多数的现有无线电话系统都是数字的，所以本专利技术可以在移动通信终端(例如，移动电话或其他通信设备)中被轻易地实现。图1提供了根据本专利技术的各个方面通过作为接收机的通信终端所执行功能的示意描写。一个编码语音信号被移动电话的天线110和接收机120所接收，被一个信道解码器130和一个声码器140所解码。来自声码器140中的数字信号是针对一个带宽扩展模块150，它根据接收语音信号中的信息合成语音信号的丢失频率(例如，较高频率区域中的信息)。增强的信号可以被发射给一个D/A转换器160，它把数字信号转换为可以被导向到扬声器170去的一个模拟信号。由于语音信号已经是数字的，所以在发射移动电话中已经完成了抽样。可是，应该理解，本专利技术不局限于无线网络；它通常可以被使用于所有的双向电话通信中。语音产生通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理语音信号的方法，该方法包括如下步骤：分析一个接收窄带信号以便确定合成的高频带内容；使用所述接收窄带信号再生所述语音信号的一个低频带；和把所述再生的低频带与确定的合成的高频带进行合并以便产生一个具有合成分量的宽带语音信 号。

【技术特征摘要】
US 2001-1-5 09/754,993;US 2000-1-28 60/178,7291.一种用于处理语音信号的方法，该方法包括如下步骤分析一个接收窄带信号以便确定合成的高频带内容；使用所述接收窄带信号再生所述语音信号的一个低频带；和把所述再生的低频带与确定的合成的高频带进行合并以便产生一个具有合成分量的宽带语音信号。2.如权利要求所述的方法，其中，所述接收窄带信号提供在大约0-4kHz范围内的信息内容并且所述合成的高频带内容是在大约4-8kHz范围内。3.如权利要求1所述的方法，其中，分析步骤还包括如下步骤对接收窄带信号执行一个频谱分析以便确定与语音模型和残留误差信号相关的参数；确定与残留误差信号相关的一个音调；识别与接收窄带信号相关的峰值；和根据确定的音调和识别的峰值中的至少一个把来自接收窄带信号中的信息复制到一个高频带中以便提供合成的高频带内容。4.如权利要求3所述的方法，其中，执行频谱分析的步骤使用一个AR预测器。5.如权利要求4所述的方法，其中，执行频谱分析的步骤使用一个正弦曲线模型。6.如权利要求1所述的方法，还包括选择性地放大所述宽带信号的一个预确定频率范围的步骤。7.如权利要求1所述的方法，还包括把所述宽带信号转换为一个模拟格式的步骤。8.如权利要求7所述的方法还包括如下步骤对所述宽带信号进行放大。9.一种用于处理语音信号的系统，包括装置，用于分析一个接收窄带信号以便确定合成的高频带内容；装置，用于使用所述接收窄带信号再生所述语音信号的一个低频带；和装置，用于把所述再生的低频带与确定的合成的高频带进行合并以便产生一个具有合成分量的宽带语音信号。10.如权利要求9所述的系统，其中，用于分析一个接收窄带信号以便确定合成的高频带内容的装置包括一个参量频谱分析模块，用于分析窄带信号的共振峰结构并且产生描述该窄频带语音信号的参数和一个误差信号；一个音调判断模块，用于确定由窄带信号表示的声音段的音调；和一个残余扩展器和复制模块，用于处理从窄带语音信号中得到的信息并产生一个合成的高频带信号分量。11.如权利要求10所述的系统，其中，所述残余扩展器和复制模块包括一个快速傅里叶变换模块，用于把来自参量频谱分析模...

【专利技术属性】
技术研发人员：U林格伦，H古斯塔夫松，P多伊特根，C图尔班，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]