CN1381040A - 发送以窄带编码信号的发射机和在接收端扩展信号频带的接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及编码窄带信号的发送和接收。在发送端,在比该原始信号窄的频带中对要发送的信号进行编码,在接收端将这个信号译码以便恢复该发送消息的内容。译码后,将接收信号的频谱带扩展以改善在接收端的信号声音质量。在发送端,提供一个分析装置,用于从该原始信号中提取特征参数,这些参数不包括在以窄带编码的信号中。除了该窄带编码信号之外还发送包括这些参数的信息。在接收端,将这个信息用于从在该窄带中接收的信号并从该接收的信息中重建宽带信号。本发明的应用为数字电信和移动无线电话。

Description

发送以窄带编码信号的发射机和 在接收端扩展信号频带的接收机

本发明涉及语言信号的发送和接收，特别用于发送信号的频谱带有限的电信系统。

本发明有许多应用，特别是在移动无线电话系统中，用于在接收端改善语言信号的质量。

这些系统通常包含一种信源编码，用于减少发送的信息量，从而增加传输信道的容量。该信源编码，在电话传输的情况是语音编码，通常涉及到发送消息的频谱减少。这种频谱的减少通常伴随有接收端信号的声音质量的降低。为了解决这一问题，已研制出称为频谱扩展的各种方法，用于在接收端扩展接收信号的频谱带。

在美国专利5581652中描述了这些方法中的一种。它涉及一种从在具有较窄频谱的频带中接收的语言信号重建宽带语言信号的方法。该方法包括使用一对相互有关的语言词典。借助于具有比在发送以前原信号的频带窄的频谱带的第一矢量码系列的帮助，将第一词典用于分析接收的语言信号。而第二词典通过对它赋予一个与在窄带中分析的这些码对应的较大频带中的第二矢量系列，来使该接收信号的频谱带扩展。

对于一定的信息可使用预测技术，用于根据接收的信号预测宽带信号的特性，通过在以窄带编码的信号中发送单一的信息，这些方法使宽带信号后验再建。

本发明的目的是在不明显增加发送数据量的情况下改善这些方法的性能。为此，本发明提供一种发射机，一种接收机，一种系统，一种发送方法和接收方法，其中除了编码的信号以外还发送表示未包括在以窄带信号编码的信号中的原始语言信号的信息，从而便于在接收端根据在窄带中接收的信号进行它的再建。

根据本发明的第一特征，该原始信号的频谱带包括具有给定增益的高频子带，所发送的语言信息表示在所述子带中的原始语言信号的增益与在该窄带中编码的信号的增益之间的比率。

通过下面参考所述实施方案的非限制性的示例，本发明的这些和其它方面将更加清楚。

在图中：

图1是表示根据本发明发射机的原理电话图；

图2是表示根据本发明接收机的原理电话图；

图3是表示根据本发明系统的实施方案的简图；

图4和5是分别表示根据本发明的发送方法和接收方法的流程图。

在图1和2中分别示出了根据本发明的发射机和接收机的实施方案。将它们分别用于发送和接收具有称为原始频带的给定频谱带的，称为原始信号的语言信号。

图1中所示的发射机包括：

·分析模块ANA，用于分析原始语言信号OS，并导出至少表示在该原始频带中的语言信号OS的特征语言参数的表示为P的信息；

·语音编码模块COD(语音编码器)，用于编码该原始语言信号OS，以便在窄于该原始频谱带的称为窄带的频谱带上进行它的发送，并用于获得代表该原始信号的在该窄带中编码的信号CS；

·发送装置TX，用于以窄带发送该编码语言信号CS，并且除了以该窄带编码的语言信号CS以外发送表示所述语音参数的信息P。

图2中所示的接收机包括：

·接收装置RX，用于接收表示该语音参数的信息P，以及例如用图1中所示的发射机发送的该编码语言信号CS，该编码语言信号具有的频谱带比原始信号的频谱带窄；

·语音译码模块DECOD，用于对该接收的窄带信号进行译码；

·合成模块SYNT，根据接收的译码语言信号和附加信息P，再建具有对于该窄带扩展的频谱带的宽带语言信号ES。

该发送装置TX和接收装置RX可包括用于编码和译码各个信道以便保护在传输中的数据的装置。该发射机(emitter)包括在该语音编码器COD之前的通常的采样和滤波装置(未示出)，例如，由ITU-T标准推荐的具体部件G.711和G.712，用于将该原始信号转换为数字信号OS。因此在图1中的该信号OS已被数字化。

在接收端，例如通过在上述文件中描述类型的已知装置，同时考虑直接发送的表示该语音参数的附加信息P，通过模块SYNT可实现宽带语言信号的合成。

在接收和发送端，通过数字信号处理器DSP可实现本发明的所有算法。

图3表示根据本发明的实施方案，主要由无线电话31，无线基站32和空中传输信道33组成，该组合表示在该无线基站32与无线电话31之间的下行(descending)无线传输。该无线基站32包括图1中所示类型的发射机，该无线电话包括图2中所示类型的接收机。在该无线电话与该无线基站的上行(ascending)传输中，该无线电话31可包括如图1中所示的发射机，而该无线基站可包括如图2中所示的接收机。还将该接收机提供在另一无线电话(未示出)中，用于由该无线电话31发送的消息的目的地。这种系统使得在接收端将以比原始信号频带更窄的频带发送的编码语言信号的频谱带进行扩展。在对用户的语言信号的再建之前实现这种频谱的扩展改善了接收信号的质量。在可利用频谱有限的移动电话领域这种系统特别优越。在由系统的所有用户共享通带的所有多址联接电信系统中，本发明也是很优越的。

在这些系统中，通常的确实现一种语音编码来减少发送信号的频谱带，以便增加传输信道的容量。这种频谱缩减编码的一个结果是抑制一部分可听的发送信号频率。这种抑制对接收端用户感知的声音质量有不利的影响。

为了解决这个问题，已开发出如上述的称为频带扩展或频谱扩展的各种方法，用于在接收端扩展接收信号的频谱带以便改善信号的声音质量。可将这些已知的方法之一具体用在图2中所示的通过合成块SYNT扩展频带的操作中，用于根据接收的窄带信号再建宽带信号。然而，除了采用这些方法之一以外，本发明还提出了利用表示从原始信号中提取的语言参数的信息，以改善从窄带中接收的编码信号再建的消息质量。

图3的系统的优点是使得改善接收信号的质量，同时又不显著增加通过传输信道发送的数据量。举一个实际的例子，对于按照大约13kbit/s的全速率编码工作的GSM型(全球移动通信)，根据除了窄带编码信号之外的发送信息分量的性质和数量本发明可提供例如大约13.1kbit/s或稍多些(大约14-16kbit/s)。对于多数当前的应用来说这种轻微的速率改善是可忽略的。对于其它的应用，包括速率和接收质量都比宽带译码器更好，在这种情况使本发明更有意义。该速率的增加是由于下面的事实：位于发射机中的发送装置TX除了发送根据通常的语音编码方法编码的有用窄带信号之外，还发送一个或多个信息分量，代表在原始频谱带中的原始信号特征的至少一个语音参数。可根据通常的分析信号的方法由分析模块ANA从发送信号中预先提取出这些参数。根据这些类型的发送参数的功能，可采用不同的通常方法。例如，在传输表示信号的反射系数的信息时，可以通过LPC型(线性预测编码)的分析方法提取这些系数。如果发送的信息表示信号的增益，则能量计算方法将是适当的。如果该信息关于某些频带的发音，则可采用与MBE型(多频带激励)编码器类似的一些技术。

最好从通过通常的预测方法(例如通过与其它参数的线性组合的预测)根据该接收的信号难于预测的语音参数中来选择要发送的这些语音参数。例如，可考虑在高频带(3400-8000Hz)或低频带(100-300Hz)中的增益参数，代表信号形状的参数，LPC包括参数或代表原始信号的谐波的参数。

根据本发明的量佳实施方案，通过发射机，以在原始信号的频谱(例如70-8000Hz)内的频率之间但在该编码信号的频谱(例如300-3400Hz)之外，即在频带(3400-8000Hz)和在发送编码信号的窄带(例如，300-3400Hz)中的频率的增益系数的形式，来发送代表高频中增益参数的信息。由可包括在该分析装置ANA中的计算装置来计算这个增益系数。在将它发送之前由可包括在发送装置TX中的适合的编码装置将其事先编码。图4和5为可分别由图1和2所示的发射机和接收机实行的根据本发明的发送方法和适用的接收方法的实施方案的简化流程图。

该发送方法包括：

·分析步骤ANA(OS)，用于分析原始语言信号OS，以便至少提取表示在其原始频谱带中的原始语言信号OS的语音参数P特征的信息；

·语音编码步骤COD(OS)，为了在窄于原始信号频谱带的窄频谱带中进行它的传输，对该原始语言信号OS进行编码，将所得的信号表示为S；

·发送步骤TX(S，P)，用于发送以该窄带编码的所述语言信号，并且，除了该以窄带编码的语言信号之外还发送表示所述语音参数的附加信息P；

在接收端扩展该频带的方法包括：

·接收步骤RX(S，P)，用于接收表示该语言信号的该附加信息P，并用于接收根据具有原始频谱带的原始语言信号进行编码的语言信号S，该编码信号具有的频谱带比原始频谱带窄，称为窄带；

·语音译码步骤DECOD(S)，用于对接收的窄带语言信号S进行译码；

·合成步骤SYNT(S，P)，根据接收和窄带语言信号S和接收的附加信息P，再建具有大于该窄带的频谱带的宽带语言信号。

使用描述该接收过程的该算法需要预先的学习阶段，在其中完成窄带语言信号和类似宽带信号的数据库。这个数据库允许确定这些语音参数，借此可用可靠的方式从窄带语言信号获得宽带信号。这个确定考虑从该窄带信号中不易或有效预测的这些语音参数。某些参数是可部分预测的。可发送那些不可预测的部分。在这种情况，通过考虑该发送部分在该预测部分中实现该学习阶段。例如，如果发送高频与该窄带频率之间的增益化，则根据该高频带的标准能量来完成这些高频的学习阶段。在1995年5月的NTT Review，Vol.7，no.3中由Masanobu Abe和Yki Yoshida发表的文章“在电话上的更自然发音质量(More Natural Sounding Voice Quality Over the Telephone)”描述了该学习阶段的详细内容。

Claims (12)

1.一种用于发送具有原始频谱带的原始语言信号的发射机，该发射机包括：

·一种模块，用于分析原始语言信号，并用于得出至少表示在原始频带中的语言信号的特征的至少一个语音参数的信息；

·一种用于对原始语言信号进行编码以便在称为窄带的频谱带中进行其发送的模块，该窄带比原始信号的频谱带窄；

·一种模块，用于发送以该窄带编码的所述语言信号，还用于发送除了该窄带编码信号之外的所述信息。

2.根据权利要求1的发射机，其中该原始信号的频谱带包括具有给定增益的高频子带，其特征在于：所述语音参数表示在所述子带中的原始语言信号的增益。

3.根据权利要求2的发射机，其中表示所述语音参数的该附加信息是在该高频子带与该窄带之间的语言信号的增益系数。

4.根据权利要求2的发射机，其该原始频带位于70-8000Hz的频带内，该窄带位于300-3400Hz的频带内，而该高频的子带位于3400-8000Hz的频带内。

5.一种接收机，用于接收语言信号，该接收机包括：

·一种装置，用于接收根据具有称为原始频带的频谱带的原始语言信号编码的语言信号，该编码语言信号具有窄于该原始频带的频谱带，并用于接收代表供给合成装置的语音参数的信息；

·用于对该接收语言信号进行译码的模块；

·合成模块，根据该接收的语言信号和代表为该原始语言信号特征的至少一个语音参数的信息，再建具有对于该窄带扩展了的频谱带的宽带语言信号。

6.一种用于在发射机和接收机之间传输语言信号的电信系统，其特征在于：它包括一个如权利要求1所述的发射机和一个如权利要求5所述的接收机。

7.一种发送具有称为原始频带的给定频谱带的原始语言信号的方法，该方法包括：

·分析该原始语言信号的步骤，以便至少导出表示为该原始频带中的语言信号特征的语音参数的信息；

·对该原始语言信号进行编码的步骤，以便在称为窄带的频谱带中进行它的发送，该窄带比该原始信号的频谱带窄；

·用于发送在该窄带中编码的所述语言信号并发送除了该窄带编码语言信号之外的所述信息。

8.一种用于如权利要求1所述的发射机的计算机程序产品，该产品包括软件码部分，一旦装入发射机，就使它执行如权利要求7中所述的方法的步骤。

9.一种在接收端扩展频带的方法，该方法包括步骤：

·接收根据具有称为原始频带的频谱带的原始语言信号编码的语言信号，该编码信号具有称为窄带的比该原始频带窄的频谱带，并接收代表为了在合成步骤中使用的语音参数的信息；

·对该接收语言信号进行编码；

·合成步骤，根据在该窄带中接收的语言信号和表示该原始语言信号特征的至少一个语音参数的信息，再建具有比该窄带宽的频谱带的宽带语言信号。

10.根据权利要求9的方法，提供一个学习步骤，用于实现作为该发送语音参数的函数的接收窄带信号和从所述接收信号重建的宽带信号的数据库，该数据库用于建立该发送的语音参数对重建的宽带语言信号的预定质量系数的作用。

11.一种用于如权利要求5所述的接收机的计算机程序产品，该产品包括软件码部分，一旦将它装入该接收机，就使它执行如权利要求9所述方法的步骤。

12.一种具有原始频谱带的原始语言信号中制出的发送语言信号，其特征在于：

·它具有比该原始频谱带窄的一个窄带；

·它包括表示该原始信号中的语言信号特征的语音参数的信息。

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