CN101304261B - 一种频带扩展的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种频带扩展的方法，该方法包括：解码端根据所接收到的窄带编码信息得到低带部分合成信号；根据白噪声激励、内插扩展后的窄带激励以及窄带激励和低带部分合成信号生成宽带激励；根据所述宽带谱包络参数和宽带激励，合成高带部分合成信号；根据高带部分合成信号和低带部分合成信号合成宽带解码输出信号。本发明还公开了一种频带扩展的装置，该装置包括：低带模块、高带模块和合成模块。通过使用本发明实施例的方法和装置，可在降低系统时间复杂度的同时，获得与现有的频带扩展方法相当的效果；此外，由于本发明实施例在宽带激励中加入了窄带激励信息，更充分的考虑到了窄带信息，因此可以取得了更好的高带能量补充效果。

Description

一种频带扩展的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其是指一种频带扩展的方法及装置。

背景技术

随着通信技术的发展，尤其是第三代(3G，The Third Generation)移动通信系统的投入使用，使得人们希望能在采用较低的编码速率进行语音编码，从而增加系统容量的同时，也能获得较高的语音通话质量。与窄带语音相比，宽带语音具有更加饱满和自然的特性，但为了确保与当前各地区网络中的现有网络设备保持兼容，所以在实际应用中，语音信号的传输常常受限于较窄的频宽，编码的比特率也比较低。因此，为了能在不改变目前网络状况、不增加额外的传输内容的情况下也能够得到宽带语音信号，现有技术中通常使用一种称为频带扩展的技术。这种技术不仅可应用于窄带语音编码中，而且在低码率的宽带语音编码中也得到了广泛应用。例如，在宽带语音编码中，可以首先在编码端将宽带语音信号转换成窄带语音信号(即输出采样率小于输入采样率，称之为下采样处理)，然后再对窄带语音信号作窄带编码后发送给解码端，最后解码端可通过频带扩展技术将接收到的窄带编码恢复为宽带语音信号，从而实现宽带语音信号的传输。

在早期的频带扩展技术中，通常是在解码端直接将解码以后得到的窄带合成语音经过某种变换(例如，上采样处理，即使得输出采样率大于输入采样率的处理方式)生成宽带语音，然而这类直接转换的方法通常达不到理想的效果。随着技术的发展和进步，现代的语音信号频带扩展技术一般都是基于语音的产生模型之上，例如，可根据人类的发声系统建立相应的数学模型，并将该模型当成一个滤波器，将输入该滤波器的信息称之为激励源，从而建立一个激励源-系统模型。由于使用了上述语音的产生模型，因此现代频带扩展技术使得解码端能够根据所接收到的窄带信息中的激励和谱包络参数重建高频信号，从而较完整地恢复所需传输的宽带音频信号。

自适应多速率宽带(AMR-WB，Adaptive Multi-Rate Wideband)语音编码技术是第三代合作伙伴项目(3GPP，3rd Generation Partnership Proiect)规范规定的应用于3G移动通信系统的语音压缩编码技术。AMR-WB语音编码技术能根据人类语音的产生过程建立相应的模型，可在较低的比特率下对语音信号进行高效率的编码，并提供九种速率的语音编码模式：6.60kbps、8.85kbps、12.65kbps、14.25kbps、15.85kbps、18.25kbps、19.85kbps、23.05kbps和23.85kbps。因此，该技术可以用更加智能的方式解决信源和信道编码的速率分配问题，使得资源的配置和利用更加灵活和高效，以保证业务的服务质量(Qos，Quality ofService)。在上述的AMR-WB语音编码技术中，需要使用频带扩展技术来实现宽带语音信号的传输。因此，下面将以AMR-WB语音编码技术为例，对现有的频带扩展技术进行简单的介绍。

图1为现有技术中频带扩展装置的结构示意图。如图1所示，所述频带扩展装置包括高带模块101、低带模块102和合成模块110。其中，高带模块101包括LPC扩展模块106、增益计算模块107、高带合成模块108和高通滤波模块109；低带模块102包括参数解码模块103、低带合成模块104和上采样模块105。

当解码端接收到窄带编码信息后，解码端将窄带编码信息发送给上述频带扩展装置的低带模块102，并由低带模块102中的参数解码模块103对窄带编码信息进行参数解码，从中分离出窄带激励exc_L和窄带谱包络参数LPC，然后将窄带激励exc_L发送给低带合成模块104和增益计算模块107，将窄带谱包络参数LPC发送给低带合成模块104和LPC扩展模块106；低带合成模块104对所接收到的窄带激励exc_L和窄带谱包络参数LPC作线性滤波，生成窄带语音合成信号sig_L，并将其发送给上采样模块105；上采样模块105对所接收到的sig_L作上采样处理后，输出低带部分合成信号sig′_L，并将其发送给增益计算模块107和合成模块110。经过上述的处理过程，可生成所需的低带部分合成信号sig′_L。

此外，向高带模块101输入一个随机产生的白噪声激励exc_noise，并将该白噪声激励发送给高带模块101中的增益计算模块107；增益计算模块107根据所接收到的窄带激励exc_L对白噪声激励exc_noise进行调整，并根据所接收到的低带部分合成信号sig′_L以及白噪声激励exc_noise，计算出增益系数g；对白噪声激励exc_noise作增益调整，即乘以增益系数g后，输出宽带激励exc_H，并将其发送到高带合成模块108；LPC扩展模块106对所接收到的窄带谱包络参数LPC进行加权处理，生成宽带谱包络参数LPC′，并发送给高带合成模块108；高带合成模块108根据所接收到的宽带谱包络参数LPC′和宽带激励exc_H，作线性合成处理，产生宽带语音合成信号sig_H，并将其发送给高通滤波模块109；高通滤波模块109对所接收到的宽带语音合成信号sig_H作高通滤波后，输出高带部分合成信号sig′_H，并将其发送给合成模块110。

最后，合成模块110将所接收到的低带部分合成信号sig′_L和高带部分合成信号sig′_H相加后，产生宽带解码输出(即全带输出)信号sig_out，从而实现了频带的扩展。

从上述对频带扩展装置的结构的介绍中可以看出，宽带激励信息的生成和宽带谱包络参数(例如，线性预测参数LPC、线谱频率LSF、导谱频率ISF等)的重建是AMR-WB语音编码技术中两个关键的组成部分，以下将对这两个部分分别进行简单的介绍。

首先，我们先介绍现有的AMR-WB语音编码技术中的宽带谱包络参数LPC′的重建方法。为叙述的方便，在以下的介绍中，我们将以把16阶窄带谱包络参数LPC扩展为20阶的宽带谱包络参数LPC′为例进行说明。

在现有技术中，根据编码比特率的不同，宽带谱包络参数LPC′的重建方法可分为两种处理方式：

1)、当编码比特率为8.85kbps、12.65kbps、14.25kbps、15.85kbps、18.25kbps、19.85kbps、23.05kbps和23.85kbps时，宽带谱包络参数信息LPC′(可用A_HB(z)表示)的生成可直接由下式给出：

$A_{\mathrm{HB}}\left(z\right)=\hat{A}(z/0.8)---\left(1\right)$

其中，

为窄带谱包络参数LPC，0.8为加权因子。公式(1)表示将窄带谱包络参数LPC根据加权因子进行加权处理后，可得到宽带谱包络参数信息LPC′，用A_HB(z)表示。由于在上述过程中并未对窄带谱包络参数进行扩展，因此上述所得到的宽带谱包络参数信息LPC′仍为16阶。

2)、当编码比特率为6.60kbps时，宽带谱包络参数信息LPC′可由窄带谱包络参数信息LPC经过扩展后得到，具体的扩展方法如图2所示。

图2为现有技术中宽带谱包络参数重建的流程图。如图2所示，宽带谱包络参数重建包括如下所述的步骤：

步骤201，转换窄带谱包络参数。具体地说，就是将窄带谱包络参数，即线性预测系数(LPC，Linear Prediction Coefficient)转换为导谱频率(ISF，ImmittanceSpectral Frequency)f(i)，其中i＝1，...，16。

步骤202，求f(i)的残差f_Δ(i)：f_Δ(i)＝f(i+1)-f(i)，其中，i＝1，...，14。

步骤203，求出残差f_Δ(i)的最大相关性C_max(i)，其中i＝1，...，14。

步骤204，根据f(i)以及最大相关性C_max(i)生成新的ISF，即生成一个采样率为16kHz的新的ISF，用f′_e(i)来表示：

$f_e^{\′}\left(i\right)=\left\{\begin{array}{cc}f(i-1),& i=1,...,15\\ f_e^{\′}(i-1)+f_e^{\′}(i-C_{\max }\left(i\right)-1)-f_e^{\′}(i-C_{\max }\left(i\right)-2),& i=16,...,19\end{array}\right.---\left(2\right)$

步骤205，对f′_e(i)进行调整，使得f′_e(i)和f′_e(i-2)之差最小为500Hz，以保持稳定性，即满足下式：

f′_eΔ(i)＝f′_e(i)-f′_e(i-1)，i＝16，...，19

(3)

f′_eΔ(i)+f′_eΔ(i-1)＞500，i＝17，...，19

步骤206，综合公式(1)和公式(2)，可得扩展结果f_e(i)：

$f_e\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}f\left(i\right),i=1,...,15\\ {f_{\mathrm{e\Δ}}}^{\′}\left(i\right)+f_e(i-1),i=16,...,19\\ f\left(16\right),i=20\end{array}\right.---\left(4\right)$

步骤207，将扩展结果转换成宽带谱包络参数，即把f_e(i)由ISF域转换为宽带谱包络参数LPC′。

通过上述的方法，可将16阶的窄带谱包络参数信息LPC经过扩展，得到20阶的宽带谱包络参数信息LPC′。

以上所述为宽带谱包络参数信息LPC′的生成方法，下面将介绍宽带激励信息的生成方法。

图3为现有技术中产生宽带激励信息的流程图。在现有技术中，宽带激励信息可直接由白噪声经过增益调整来获得。如图3所示，具体的产生宽带激励信息的方法包括如下所述的步骤：

步骤301，产生随机白噪声激励exc_noise。

步骤302，利用窄带激励对白噪声激励进行调整，即利用从接收到的码流中解码后得到的窄带激励exc_L对exc_noise进行调整，可得：

$u_{\mathrm{HB}2}\left(n\right)={\mathrm{exc}}_{\mathrm{noise}}\left(n\right)\sqrt{\underset{k=0}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{exc}}_L}^2\left(k\right)/\underset{k=0}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{exc}}_{\mathrm{noise}}}^2\left(k\right)}---\left(5\right)$

步骤303，做增益调整得到宽带激励，具体地说就是利用经过上采样后的窄带合成信号，即低带部分合成信号sig′_L计算或直接从码流中得到增益调整系数进一步调整上述的u_HB2，可得到宽带激励exc_H：

${\mathrm{exc}}_H\left(n\right)={\hat{g}}_{\mathrm{HB}}{u}_{\mathrm{HB}2}\left(n\right)---\left(6\right)$

其中，由于在编码比特率为23.85kbps时，解码端所接收到的窄带编码码流中包含了增益系数

的信息，因此可直接从码流中得到增益系数

而在编码比特率为其它模式下时，则可由以下公式得到增益系数

$e_{\mathrm{tilt}}=\underset{n=1}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{s}}_{\mathrm{hp}}\left(n\right){\hat{s}}_{\mathrm{hp}}(n-1)/\underset{n=1}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}{{\hat{s}}_{\mathrm{hp}}}^2\left(n\right)---\left(7\right)$

${\hat{g}}_{\mathrm{HB}}=w_{\mathrm{sp}}(1-e_{\mathrm{tilt}})+1.25*(1-w_{\mathrm{sp}})(1-e_{\mathrm{tilt}})---\left(8\right)$

其中，e_tilt表示解码后本子帧信号的总体倾斜度，如果该倾斜度较大，则表示本子帧的信息为语音，否则即为背景噪声；

为窄带合成信号经上采样后的高频部分(截止频率为400HZ)，即图1中所示的sig′_L；w_sp用于指示当前帧是否为语音帧，如果当前帧为语音帧，则w_sp为1，如果当前帧为背景噪声帧，则w_sp为0。

得到了上述的宽带谱包络参数LPC′和宽带激励信息exc_H后，可通过线性预测合成并输出sig_H，再经过高通滤波后，输出高带部分(High Band)信号sig′_H。

最后，将窄带语音合成信号sig_L经上采样后的高频部分(截止频率为400Hz)，即图1中的低带部分合成信号sig′_L和上述高带部分合成信号sig′_H相加后，产生宽带解码输出信号sig_out，从而实现了频带的扩展。

根据以上的描述可知，基于激励源-系统模型的频带扩展方法的重点在于如何产生宽带激励信息和宽带谱包络参数信息，且现有的AMR-WB技术在处理频带扩展时将重点放在了宽带谱包络参数的生成上(例如，将16阶的窄带谱包络参数LPC扩展为20阶的宽带谱包络参数LPC′)，而宽带激励信息则直接由白噪声来产生。因此，在上述基于AMR-WB的频带扩展方法中，存在以下的缺陷：

1)、由于上述的频带扩展方法在宽带谱包络参数生成的过程中，需要作ISF残差序列的相关性分析，因此将消耗大量的系统时间；

2)由于上述的频带扩展方法在生成宽带激励信息时，只使用了随机白噪声，而没有考虑到窄带激励对宽带激励信息的贡献，因此将导致最终生成的宽带解码输出信号中的高带部分能量补充情况不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种频带扩展的方法及装置，从而取得了更好的高带能量补充效果并降低运算复杂度。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种频带扩展的方法，该方法包括：将内插扩展后的窄带激励和白噪声激励分别乘以增益系数后相加，利用窄带激励和低带部分合成信号对相加后的激励进行增益调整，得到宽带激励；根据宽带谱包络参数和所述宽带激励生成宽带语音合成信号，再对所述宽带语音合成信号作高通滤波后得到高带部分合成信号。

一种频带扩展的装置，该装置包括低带模块和合成模块，该装置还包括：高带模块；

所述高带模块包括：激励内插模块、复合模块、增益计算模块、高带合成模块和高通滤波模块；

所述激励内插模块，用于对窄带激励作内插处理，得到内插扩展后的窄带激励；

所述复合模块，用于对所述白噪声激励和内插扩展后的窄带激励作增益调整，生成激励信息；

所述增益计算模块，用于根据所述窄带激励对所接收到的激励信息进行调整，根据所述低带部分合成信号及激励信息计算出增益系数，对激励信息作增益调整，生成宽带激励；

所述高带合成模块，用于根据所述窄带谱包络参数生成宽带谱包络参数，根据宽带谱包络参数和所接收到的宽带激励，作线性合成处理，将生成的宽带语音合成信号发送给高通滤波模块；

所述高通滤波模块，用于对所述宽带语音合成信号作高通滤波，生成高带部分合成信号；

所述低带模块，用于将所述窄带编码信息分解为窄带激励和窄带谱包络参数，根据窄带激励和窄带谱包络参数合成低带部分合成信号；

所述合成模块，用于根据所述低带部分合成信号和高带部分合成信号，合成宽带解码输出信号。

综上可知，本发明实施例提供了一种频带扩展的方法及装置。通过使用本发明实施例提供的方法和装置，可在降低系统时间复杂度的情况下，获得与现有的频带扩展方法相当的效果；此外，由于本发明实施例在宽带激励中加入了窄带激励信息，从而更充分的考虑到了窄带信息，因此可以取得了更好的高带能量补充效果。

附图说明

图1为现有技术中频带扩展装置的结构示意图。

图2为现有技术中宽带谱包络参数重建的流程图。

图3为现有技术中产生宽带激励信息的流程图。

图4为本发明实施例中的产生宽带激励信息的流程图。

图5为本发明实施例中的频带扩展装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的实施例提供了一种频带扩展的方法及装置。在本发明的实施例中，在宽带激励信息的产生上，即把窄带激励信息进行内插处理后生成内插扩展后的窄带激励，然后将内插扩展后的窄带激励和白噪声激励分别乘以增益系数后相加生成激励信息，再利用窄带激励对激励信息进行调整，最后对调整后的结果做增益调整后得到宽带激励信息，从而实现了窄带激励信息对于宽带激励信息的贡献。

而对于宽带谱包络参数信息，在本发明的实施例中仍使用经过加权处理后的窄带谱包络参数。接着，可对所获得的宽带激励信息和宽带谱包络参数信息作线性合成处理，并作高通滤波后得到高带部分合成信号；最后，根据高带部分合成信号和从窄带编码信息中得到的低带部分合成信号可合成宽带解码输出信号，即全带输出信号，完成频带的扩展。

图4为本发明实施例中频带扩展装置的结构示意图。如图4所示，所述频带扩展装置包括高带模块401、低带模块402和合成模块410。其中，高带模块401包括激励内插模块406、增益计算模块407、高带合成模块408、高通滤波模块409和复合模块411；低带模块402包括参数解码模块403、低带合成模块404和上采样模块405。

当解码端接收到窄带编码信息后，解码端将窄带编码信息发送给频带扩展装置的低带模块402，并由低带模块402中的参数解码模块403对窄带编码信息进行参数解码，从中分离出窄带激励exc_L和窄带谱包络参数LPC，然后将窄带激励exc_L发送给低带合成模块404、激励内插模块406和增益计算模块407，将窄带谱包络参数LPC发送给低带合成模块404和高带合成模块408；低带合成模块404对所接收到的窄带激励exc_L和窄带谱包络参数LPC作线性滤波，生成窄带语音合成信号sig_L，并将其发送给上采样模块405；上采样模块405对所接收到的窄带语音合成信号sig_L作上采样处理后，输出低带部分合成信号sig′_L，并将其发送给增益计算模块407和合成模块410。经过上述的处理过程，可生成所需的低带部分合成信号sig′_L。

此外，向高带模块401输入一个随机产生的白噪声激励exc_noise，或在高带模块401中产生一个随机的白噪声激励exc_noise，并将白噪声激励发送给复合模块411；同时，激励内插模块406将所接收到的窄带激励exc_L作内插处理后，输出内插扩展后的窄带激励exc′_L，并将其发送给复合模块411；其中，需要根据频带扩展前后的带宽选取内插处理中的内插因子；复合模块411将所接收到的exc_noise和exc′_L分别作增益调整，即分别乘以增益系数g_noise和g_exc，然后将两种激励相加，生成激励信息exc_H，并将其发送给增益计算模块407；增益计算模块407根据所接收到的窄带激励exc_L对上述激励信息exc_H进行调整，并根据所接收到的低带部分合成信号sig′_L以及激励信息exc_H，计算出增益系数g；对激励信息exc_H作增益调整，即乘以增益系数g后，输出调整后的宽带激励exc′_H，并将其发送到高带合成模块408；高带合成模块408对所接收到的窄带谱包络参数LPC进行加权处理，生成宽带谱包络参数LPC′，然后根据宽带谱包络参数LPC′和所接收到的宽带激励exc′_H，作线性合成处理，产生宽带语音合成信号sig_H，并将其发送给高通滤波模块409；高通滤波模块409对所接收到的宽带语音合成sig_H作高通滤波后，输出高带部分合成信号sig′_H，并将其发送给合成模块410。

最后，合成模块410将所接收到的低带部分合成信号sig′_L和高带部分合成信号sig′_H相加后，产生宽带解码输出(即全带输出)信号sig_out，从而实现了频带的扩展。

综上可知，本发明实施例中提供了一种频带扩展的装置，该装置包括低带模块、高带模块和合成模块。所述高带模块，用于根据白噪声激励、内插扩展后的窄带激励以及从所述低带模块获得的窄带激励、窄带谱包络参数和低带部分合成信号，合成高带部分合成信号；并由所述合成模块对所述高带部分合成信号进行处理；所述低带模块，用于将所述窄带编码信息分解为窄带激励和窄带谱包络参数，根据窄带激励和窄带谱包络参数合成低带部分合成信号；所述合成模块，用于根据所述低带部分合成信号和高带部分合成信号，合成宽带解码输出信号。

所述高带模块还包括：激励内插模块、复合模块、增益计算模块、高带合成模块和高通滤波模块。其中，所述激励内插模块，用于对窄带激励作内插处理，得到内插扩展后的窄带激励；所述复合模块，用于对所述白噪声激励和内插扩展后的窄带激励作增益调整，生成激励信息；所述增益计算模块，用于根据所述窄带激励对所接收到的激励信息进行调整，根据所述低带部分合成信号及激励信息计算出增益系数，对激励信息作增益调整，生成的宽带激励；所述高带合成模块，用于根据所述窄带谱包络参数生成宽带谱包络参数，根据宽带谱包络参数和所接收到的宽带激励，作线性合成处理，将生成的宽带语音合成信号发送给高通滤波模块；所述高通滤波模块，用于对所述宽带语音合成信号作高通滤波，生成高带部分合成信号。

所述低带模块还包括：参数解码模块、低带合成模块和上采样模块。

所述参数解码模块，用于对所述窄带编码信息解码，分离出窄带激励和窄带谱包络参数；所述低带合成模块，用于对所述窄带激励和窄带谱包络参数作线性滤波，生成窄带语音合成信号；所述上采样模块，用于对所述窄带语音合成信号作上采样处理，生成低带部分合成信号。

上述的频带扩展的装置可用于语音接发设备中，即可在语音接发设备的接收端中设置一个如上所述的频带扩展的装置，由接收端接收窄带编码信息，由如上所述的频带扩展的装置对所述窄带编码信息解码，输出宽带解码输出信号。这种语音接发设备可以用于移动通讯领域(例如，移动通讯设备、手机等)或网络通讯领域(例如，通过网络传输语音信息等)。

图5为本发明实施例中的产生宽带激励信息的流程图。如图5所示，在本发明实施例中，宽带激励信息的产生过程包括如下所述的步骤：

步骤501，产生随机高斯白噪声激励exc_noise。

步骤502，将窄带激励进行内插处理。具体地说，就是将从接收到的窄带编码码流中解码后得到的窄带激励exc_L经过内插处理后形成内插扩展后的窄带激励exc′_L。所述的内插处理即为：通过插值计算，增加窄带激励中每个子帧的采样点的个数。例如，将窄带激励中每个子帧的采样点个数由64个变为80个。在实际应用中，可以根据实际的采样率或编码比特率预先设置在窄带激励每个子帧中具体增加的采样点的个数。

步骤503，将上述两种激励进行增益调整后生成总的激励信息，即将上述的白噪声激励exc_noise和内插扩展后的窄带激励exc′_L分别乘上增益系数g_noise和g_exc，然后相加生成总的激励信息exe_H：

exc_H＝g_noiseexc_noise+g_excexc′_L      (9)

其中，公式(9)中的增益系数g_noise和g_exc可根据实际情况进行相应的调节，可以不相等，也可以相等。例如，可以设定：g_noise＝g_exc＝0.5。

步骤504，利用窄带激励对上述激励信息进行调整，即利用从接收到的码流中解码后得到的窄带激励exc_L对激励信息exc_H进行调整，可得：

$u_{\mathrm{HB}2}\left(n\right)={\mathrm{exc}}_H\left(n\right)\sqrt{\underset{k=0}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{exc}}_L}^2\left(k\right)/\underset{k=0}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{exc}}_H}^2\left(k\right)}---\left(10\right)$

现有技术中是利用窄带激励对白噪声激励进行调整，而在本发明实施例中，是利用窄带激励对包含了白噪声激励和窄带激励的激励信息exc_H进行调整，因此可以更好地补充高频能量及信息。

步骤505，做增益调整得到宽带激励，即利用经过上采样后的窄带合成信号，即低带部分合成信号sig′_L计算或直接从码流中得到增益调整系数

进一步调整u_HB2，可得宽带激励exc′_H：

${\mathrm{exc}}_H^{\′}\left(n\right)={\hat{g}}_{\mathrm{HB}}{u}_{\mathrm{HB}2}\left(n\right)---\left(11\right)$

其中，在23.85kbps的编码比特率下，增益调整系数

可从码流中直接解出，而在其它编码模式下，

则可由以下公式得到：

$e_{\mathrm{tilt}}=\underset{n=1}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{s}}_{\mathrm{hp}}\left(n\right){\hat{s}}_{\mathrm{hp}}(n-1)/\underset{n=1}{\overset{63}{\mathrm{\Σ}}}{{\hat{s}}_{\mathrm{hp}}}^2\left(n\right)---\left(12\right)$

${\hat{g}}_{\mathrm{HB}}=1-e_{\mathrm{tilt}}---\left(13\right)$

其中，e_tilt表示解码后本子帧信号的总体倾斜度；

为经过上采样后的窄带合成信号的高频部分(截止频率为400HZ)，即图4中所示的sig′_L。

以上所述为宽带激励信息的生成方法。在本发明的实施例中，宽带谱包络参数LPC′(可用A_HB(z)表示)，可直接由下式生成：

$A_{\mathrm{HB}}\left(z\right)=\hat{A}(z/0.8)---\left(14\right)$

其中，

为窄带谱包络参数LPC，0.8为加权因子。公式(14)表示将窄带谱包络参数信息LPC根据加权因子进行加权处理后，可得到宽带谱包络参数信息LPC′，用A_HB(z)表示。

得到了上述的宽带谱包络参数信息和宽带激励信息后，可通过线性预测合成、高通滤波得到最终输出的高带部分(High Band)信号sig′_H。

最后，将低带部分合成信号sig′_L和高带部分合成信号sig′_H相加后，产生宽带解码输出信号sig_out，从而实现了频带的扩展。

综上所述，在本发明的实施例中提供了一种频带扩展方法和装置，通过使用上述的方法或装置，可完成频带的扩展。而由于在本发明实施例中所提供的方法中，生成的宽带激励信息中附加了窄带激励信息，因此可以更好地为宽带解码输出信号补充高频能量及信息；同时，由于在上述的方法中降低了运算的复杂度，因此能很好满足解码器苛刻的实时性要求，易于软硬件解码器的实现。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种频带扩展的方法，其特征在于，该方法包括：

将内插扩展后的窄带激励和白噪声激励分别乘以增益系数后相加，利用窄带激励和低带部分合成信号对相加后的激励进行增益调整，得到宽带激励；

根据宽带谱包络参数和所述宽带激励生成宽带语音合成信号，再对所述宽带语音合成信号作高通滤波后得到高带部分合成信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

根据所接收到的窄带编码信息得到窄带激励和窄带谱包络参数，根据窄带激励和窄带谱包络参数合成低带部分合成信号；根据高带部分合成信号和低带部分合成信号合成宽带解码输出信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的内插具体包括：通过插值计算，增加窄带激励中每个子帧的采样点的个数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增益调整具体包括：根据增益调整系数进行增益调整；所述增益调整系数根据低带部分合成信号计算得到或直接从窄带编码信息中得到。

5.一种频带扩展的装置，该装置包括低带模块和合成模块，其特征在于，该装置还包括：高带模块；

所述高带模块包括：激励内插模块、复合模块、增益计算模块、高带合成模块和高通滤波模块；

所述激励内插模块，用于对窄带激励作内插处理，得到内插扩展后的窄带激励；

所述复合模块，用于对白噪声激励和内插扩展后的窄带激励作增益调整，生成激励信息；

所述增益计算模块，用于根据所述窄带激励对所接收到的激励信息进行调整，根据低带部分合成信号及激励信息计算出增益系数，对激励信息作增益调整，生成宽带激励；

所述高带合成模块，用于根据窄带谱包络参数生成宽带谱包络参数，根据宽带谱包络参数和所接收到的宽带激励，作线性合成处理，将生成的宽带语音合成信号发送给高通滤波模块；

所述高通滤波模块，用于对所述宽带语音合成信号作高通滤波，生成高带部分合成信号；

所述低带模块，用于将窄带编码信息分解为窄带激励和窄带谱包络参数，根据窄带激励和窄带谱包络参数合成低带部分合成信号；

所述合成模块，用于根据所述低带部分合成信号和高带部分合成信号，合成宽带解码输出信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述低带模块包括：参数解码模块、低带合成模块和上采样模块；

所述参数解码模块，用于对窄带编码信息解码，分离出窄带激励和窄带谱包络参数；

所述低带合成模块，用于对所述窄带激励和窄带谱包络参数作线性滤波，生成窄带语音合成信号；

所述上采样模块，用于对所述窄带语音合成信号作上采样处理，生成低带部分合成信号。

7.一种语音接发设备，该设备包括接收端和发送端，其特征在于：所述接收端至少包括一个如权利要求6所述的频带扩展装置；

所述接收端，用于接收窄带编码信息；

所述频带扩展装置，用于对所述窄带编码信息解码，输出宽带解码输出信号。

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