CN103915104B - 信号带宽扩展方法和用户设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种信号带宽扩展方法和用户设备，该方法包括：接收第一信号；确定第一信号的带宽；从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式；根据第一信号以及第一信号的带宽对应的扩展方式生成第二信号，第二信号的带宽大于第一信号的带宽。上述方法通过确定信号的带宽以及与该带宽对应的带宽扩展方式，使得带宽扩展方式与实际带宽很好的匹配，减少了带宽扩展带来的噪声。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，并且更具体地，涉及一种信号带宽扩展方法和用户设备。
背景技术
在目前的主要电话网络中，例如公共交换电话网络（Public SwitchedTelephoneNetwork，PSTN）、全球移动通讯（Global System of Mobilecommunication，GSM）系统或通用移动通信系统（Universal MobileTelecommunication System，UMTS），语音信号的传输带宽被限制在300Hz至3.4kHz的范围内，称之为窄带语音。但是，随着通信带宽的逐步提升，用户对语音的质量和临场感提出了越来越高的需求，窄带语音无法满足用户的体验需求。
在现有技术中，带宽扩展技术是将窄带语音扩展为宽带语音的主要方法。带宽扩展技术通常是基于线性源滤波器生成模型，该算法模型分为独立的两步，第一步是扩展频带的频谱精细结构估计（也称为扩展频带的激励信号估计），第二步是扩展频带的频谱包络估计。扩展频带的频谱由扩展频带的频谱精细结构通过扩展频带的频谱包络合成滤波器滤波生成。其中扩展频带的频谱精细结构估计方法主要有谱折叠、白噪声激励以及谐波噪声等模型。扩展频带的包络信息估计方法主要有线性映射法、码本映射法以及统计映射法。
现有技术针对不同的信号带宽采用相同的带宽扩展方式，容易引入不好的噪声。
发明内容
本发明实施例提供一种信号带宽扩展方法和用户设备，减少了带宽扩展带来的噪声。
第一方面，提供一种信号带宽扩展方法，包括：接收第一信号；确定第一信号的带宽；从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式；根据第一信号以及第一信号的带宽对应的扩展方式生成第二信号，第二信号的带宽大于第一信号的带宽。
结合第一方面，在第一方面的一种实现方式中，确定第一信号的带宽包括：确定多个频带间隔点，其中，多个频带间隔点的频率值均大于等于0，小于等于Fs/2，Fs为第一信号的采样频率；确定第一频带间隔点，其中，第一频带间隔点为多个频带间隔点中频率值中与第一信号的最高频率值之差的绝对值最小的频带间隔点；将第一频带间隔点的频率值作为第一信号的带宽。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式包括：确定第一频带间隔点对应的第一带宽扩展方式，其中，多个频带间隔点中的每个频带间隔点对应于多个不同的带宽扩展方式中的一个带宽扩展方式；将第一带宽扩展方式作为第一信号的带宽对应的带宽扩展方式。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，第一带宽扩展方式包括：扩展频带的频谱精细结构估计方式以及扩展频带的频谱包络估计方式，其中，扩展频带为从第一频带间隔点的频率值到第二信号的最高频率值之间的频带。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，第一频带间隔点的频率值BWn=Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中，BWw为第二信号的带宽值。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs/2+BWn-BWw，BWn]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，扩展频带的频谱包络估计方式为根据扩展频带的频谱整体能量的增益因子Gain以及扩展频带的频谱的能量渐变削弱函数确定扩展频带的频谱包络，其中，0<Gain≤1。
结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的另一种实现方式中，确定第一频带间隔点包括：根据第一信号的频谱能量确定第一频带间隔点。
第二方面，提供一种信号带宽扩展装置，包括：
接收单元，用于接收第一信号；
第一确定单元，用于确定第一信号的带宽；
第二确定单元，用于从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式；
生成单元，用于根据第一信号以及第一信号的带宽对应的扩展方式生成第二信号，第二信号的带宽大于第一信号的带宽。
结合第二方面，在第二方面的一种实现方式中，第一确定单元具体用于确定多个频带间隔点，其中，多个频带间隔点的频率值均大于等于0，小于等于Fs/2，Fs为第一信号的采样频率；确定第一频带间隔点，其中，第一频带间隔点为多个频带间隔点中频率值中与第一信号的最高频率值之差的绝对值最小的频带间隔点；将第一频带间隔点的频率值作为第一信号的带宽。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一种实现方式中，第二确定单元具体用于确定第一频带间隔点对应的第一带宽扩展方式，其中，多个频带间隔点中的每个频带间隔点对应于多个不同的带宽扩展方式中的一个带宽扩展方式；将第一带宽扩展方式作为第一信号的带宽对应的带宽扩展方式。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一种实现方式中，第一带宽扩展方式包括：扩展频带的频谱精细结构估计方式以及扩展频带的频谱包络估计方式，其中，扩展频带为从第一频带间隔点的频率值到第二信号的最高频率值之间的频带。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一种实现方式中，第一频带间隔点的频率值BWn=Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中，BWw为第二信号的带宽值。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一种实现方式中，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一种实现方式中，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs/2+BWn-BWw，BWn]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一种实现方式中，扩展频带的频谱包络估计方式为根据扩展频带的频谱整体能量的增益因子Gain以及扩展频带的频谱的能量渐变削弱函数确定扩展频带的频谱包络，其中，0<Gain≤1。
结合第二方面及其上述实现方式，在第二方面的另一种实现方式中，第一确定单元具体用于根据第一信号的频谱能量确定第一频带间隔点。
本发明实施例中，通过确定信号的带宽以及与该带宽对应的带宽扩展方式，使得带宽扩展方式与实际带宽很好的匹配，减少了带宽扩展带来的噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的信号带宽扩展方法的流程图。
图2是本发明另一个实施例的信号带宽扩展方法的流程图。
图3是本发明一个实施例的估计扩展频带频谱的示意图。
图4是本发明另一个实施例的估计扩展频带频谱的示意图。
图5是本发明另一个实施例的估计扩展频带频谱的示意图。
图6是本发明另一个实施例的估计扩展频带频谱的示意图。
图7是本发明一个实施例的扩展频带的能量渐变削弱函数曲线图。
图8是本发明一个实施例的带宽确定方法的示意图。
图9是本发明一个实施例的用户设备的框图。
图10是本发明另一个实施例的用户设备的框图。
图11为本发明另一个实施例的用户设备的硬件框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
应理解，本发明的技术方案可以应用于各种通信系统，例如：全球移动通讯（Global System of Mobile communication，GSM）系统、码分多址（CodeDivisionMultiple Access，CDMA）系统、宽带码分多址（Wideband CodeDivision Multiple Access，WCDMA）系统、通用分组无线业务（General PacketRadio Service，GPRS）、长期演进（LongTerm Evolution，LTE）系统、先进的长期演进（Advanced long term evolution，LTE-A）系统、通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunication System，UMT S）等。
还应理解，在本发明实施例中，用户设备（UE，User Equipment）包括但不限于移动台（MS，Mobile Station）、移动终端（Mobile Terminal）、移动电话（Mobile Telephone）、手机（handset）及便携设备（portable equipment）等，该用户设备可以经无线接入网（RAN，Radio Access Network）与一个或多个核心网进行通信，例如，用户设备可以是移动电话（或称为“蜂窝”电话）、具有无线通信功能的计算机等，用户设备还可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置。
图1是本发明一个实施例的信号带宽扩展方法的流程图。该方法由用户设备执行。
101、接收第一信号。
102、确定第一信号的带宽。
103、从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式。
104、根据第一信号以及第一信号的带宽对应的扩展方式生成第二信号，第二信号的带宽大于第一信号的带宽。
本发明实施例中，通过确定信号的带宽以及与该带宽对应的带宽扩展方式，使得带宽扩展方式与实际带宽很好的匹配，减少了带宽扩展带来的噪声。
需要说明的是，本发明实施例可以应用在各种电话网络中，例如，在PSTN网络中，上述第一信号可以是其他自用户设备直接发送的语音信号，也可以由接收第一信号的用户设备与其他用户设备之间的交换机转发的语音信号；在GSM或UMTS网络中，上述第一信号可以是由其他用户设备发送的，且由基站转发的语音信号。但由于受到目前电话网络语音带宽的限制，当用户设备接收到第一信号时，该用户设备通过自身的带宽扩展模块将第一信号扩展为第二信号，第二信号即为宽带语音。最后用户设备将生成的宽带语音通过用户设备的听筒或扬声器等设备将该宽带语音信号播放出来。
需要说明的是，本发明实施例对101中的第一信号的类型不作限定。例如可以是语音信号，还可以是音乐信号。
需要说明的是，本发明实施例对102中确定第一信号的带宽的具体方式不作限定。例如，可以在第一信号中承载第一信号的带宽信息。
可选地，作为一个实施例，上述确定第一信号的带宽还可包括：确定多个频带间隔点，其中，多个频带间隔点的频率值均大于等于0，小于等于Fs/2，Fs为第一信号的采样频率；确定第一频带间隔点，其中，第一频带间隔点为多个频带间隔点中频率值中与第一信号的最高频率值之差的绝对值最小的频带间隔点；将第一频带间隔点的频率值作为第一信号的带宽。
需要说明的是，本发明实施例对第一频带间隔点得确定方式不作限定，例如可以采用如图8实施例所示的能量的方法。
可选地，作为另一个实施例，上述确定第一信号的带宽还可包括：将频带[0，Fs/2]划分为至少两个区间，FS为所述第一信号的采样频率；确定所述第一带宽的带宽值所属的上述至少两个区间中的第一区间[a，b]；然后可以将a作为第一带宽的带宽值，也可以将b作为第一带宽的带宽值。需要说明的是，本发明实施例对步骤103中的第一信号带宽与带宽扩展方式的对应方式不作限定。例如，可以采用一一对应的方式，即不同的带宽对应不同的带宽扩展方式；也可以采用列表，函数等对应方式，通过查找列表，或者计算函数值确定第一信号带宽所对应的带宽扩展方式。
可选地，作为一个实施例，可以结合利用频带间隔点确定第一信号的带宽的方式，从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式还可包括：确定第一频带间隔点对应的第一带宽扩展方式，其中，多个频带间隔点中的每个频带间隔点对应于多个不同的带宽扩展方式中的一个带宽扩展方式；将第一带宽扩展方式作为第一信号的带宽对应的带宽扩展方式。
需要说明的是，在103中，不同的信号带宽可以对应不同的带宽扩展方式，但多个带宽信号也可以对应一个相同的带宽扩展方式。还需要说明的是，本发明实施例对带宽扩展的具体方式也不做任何限定，可以采用线性外推法，有效高频带扩展法，混合信号外推法，非线性预测法等。
可选地，作为一个实施例，从多个带宽扩展方式中确定与第一带宽对应的带宽扩展方式可包括：采用线性源滤波器生成模型，根据第一带宽确定扩展频带的频谱精细结构估计方式，并根据第一带宽确定扩展频带的频谱包络估计方式，其中，扩展频带为从第一信号的最高频率到第二信号的最高频率之间的频带。
需要说明的是，本发明实施例对根据第一带宽确定扩展频带的频谱的频谱精细结构估计方式不作限定，例如可以根据白噪声激励，谐波噪声模型等。
可选地，作为一个实施例，第一频带间隔点的频率值BWn=Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中，BWw为第二信号的带宽值。
可选地，作为另一个实施例，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
可选地，作为另一个实施例，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs/2+BWn-BWw，BWn]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
可选地，作为另一个实施例，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/(2n)，其中，n为预定的正整数，BWn为所述第一频带间隔点的带宽值；所述第一带宽扩展方式为：不扩展所述第一信号的频谱。因此第二信号与第一信号相比虽然扩展到更宽的频带上，但是扩展频带上的并没有频谱信息。
需要说明的是，本发明实施例对上述根据第一带宽确定扩展频带的频谱包络估计方式的具体形式不作限定，可选地，作为一个实施例，扩展频带的频谱包络估计方式为根据扩展频带的频谱整体能量的增益因子Gain以及扩展频带的频谱的能量渐变削弱函数确定扩展频带的频谱包络，其中，0<Gain≤1。
需要说明的是，本发明实施例对104中根据带宽扩展方式生成第二信号的具体方式不作限定。
可选地，作为一个实施例，根据带宽扩展方式生成第二信号可包括：根据频谱精细结构估计方式，估计扩展频带的频谱精细结构，并根据频谱包络估计方式，估计扩展频带的频谱包络；根据频谱精细结构以及频谱包络确定扩展频带的频谱；合并扩展频带的频谱以及第一信号的频谱确定第二信号的频谱；根据第二信号的频谱生成第二信号。
下面结合具体例子，更加详细地描述本发明实施例。应注意，图2至图8的例子仅仅是为了帮助本领域技术人员理解本发明实施例，而非要将本发明实施例限于所例示的具体数值或具体场景。本领域技术人员根据所给出的图2至图8的例子，显然可以进行各种等价的修改或变化，这样的修改或变化也落入本发明实施例的范围内。
需要说明的是，图2至图6的实施例中，都是通过频域扩展的方式得到扩展频带的频谱，然后产生宽带信号的。但本发明的实施例对此不作限定。例如，也可以采用时域扩展的方式得到宽带信号。
图2是本发明另一个实施例的信号带宽扩展方法的流程图。图2的方法由用户设备执行。
201、输入第一信号。
第一信号可以是窄带语音信号，也可以是音乐信号。
202、MDCT。
离散余弦变换（Modified Discrete Cosine Transform，MDCT）。通过MDCT将时域信号转换到频域中。
203、带宽检测。
本发明实施例对带宽检测的方式不作限定。例如，可以采用基于能量的带宽检测方法，也可以在第一信号中直接承载信号所在带宽信息。
204a、扩展频带频谱精细结构估计。
204b、扩展频带频谱包络估计。
205、获得扩展频带频谱。
206、合并扩展频带与第一信号频带。
207、IMDCT。
逆离散余弦变换（Inverse Modified Discrete Cosine Transform，IMDCT）。通过IMDCT将频域信号转换到时域中。
208、输出第二信号。
本发明实施例中，通过确定信号的带宽以及与该带宽对应的带宽扩展方式，使得带宽扩展方式与实际带宽很好的匹配，减少了带宽扩展带来的噪声。
需要说明的是，图3至图6的实施例中的扩展频带的频谱都是将低频带的频谱通过谱折叠的方式扩展到扩展频带上的，但本发明实施例对此不作限定。例如，还可以通过谱平移的方式或者两者结合的方式得到扩展频带的频谱。
还需要说明的是，图3至图6以窄带语音扩展为宽带语音为例，但本发明实施例并不限于此。任何需要带宽扩展的业务均可使用图3至图6实施例的方法。
图3是本发明一个实施例的估计扩展频带频谱的示意图。图3的实施例中，BWn=Fs/2，其中BWn为窄带语音的带宽，Fs为窄带语音的采样频率。扩展频带为[BWn，BWw]，BWw为宽带语音。如图3所示，可将[BWn，f1]的频谱通过谱折叠的方式扩展到[BWn，BWw]，其中f1=BWw-BWn。
例如，窄带信号Fs=8kHz，经过带宽检测当前帧的带宽为BWn=4kHz，需要将频谱扩展到BWw=7kHz，则4kHz~7kHz的频谱精细结构由1kHz~4kHz的频谱结构通过谱折叠的方式获得。
图4是本发明另一个实施例的估计扩展频带频谱的示意图。图4的实施例中，BWn<Fs/2，其中BWn为窄带语音的带宽，Fs为窄带语音的采样频率。扩展频带为[BWn，BWw]，BWw为宽带语音。如图3所示，可将[f1，f2]的频谱通过谱折叠的方式扩展到[BWn，Fs/2]，其中f1=BWn-Delta，f2=2BWn-Delta-Fs/2。然后，将[f3，Fs/2]的频谱通过谱折叠扩展到[Fs/2，BWw]上，其中f3=Fs-BWw。
例如，窄带信号Fs=8kHz，经过带宽检测当前帧的带宽为BWn=3.4kHz，需要扩展到7kHz。设置Delta=0.3kHz，3.4kHz~4kHz频带的精细结构由3.1kHz~2.5kHz频带频谱经过谱折叠得到，4kHz~7kHz频带频谱由1kHz~4kHz的频谱经过谱折叠得到。
图5是本发明另一个实施例的估计扩展频带频谱的示意图。图5的实施例中，BWn<Fs/2，其中BWn为窄带语音的带宽，Fs为窄带语音的采样频率。扩展频带为[BWn，BWw]，BWw为宽带语音。如图3所示，可将[f1，f2]的频谱通过谱折叠的方式扩展到[BWn，Fs/2]，其中f1=BWn-Delta，f2=2BWn-Delta-Fs/2。然后，将[f3，BWn]的频谱通过谱折叠扩展到[Fs/2，BWw]上，其中f3=BWn+Fs/2-BWw。
例如，窄带信号Fs=8kHz，经过带宽检测当前帧的带宽为BWn=3.4kHz，需要扩展到7kHz。设置Delta=0.3kHz，3.4kHz~4kHz频带的精细结构由3.1kHz~2.5kHz频带频谱经过谱折叠得到，4kHz~7kHz频带频谱由3.4kHz~0.4kHz的频谱经过谱折叠得到。
图6是本发明另一个实施例的估计扩展频带频谱的示意图。图6的实施例中，BWn<Fs/(2n)，n为预定正整数，一般取值为2。当BWn<Fs/(2n)时，窄带语音处于较低的频带，所包含的信息也比较少，无法从低频带频谱中获得足够多得信息用于高频带扩展。因而不进行频谱扩展。
图7是本发明一个实施例的扩展频带的能量渐变削弱函数曲线图，其中纵坐标为频率幅度，横坐标为频带间隔点，曲线表示频率由1-80个间隔点由1-0幅度的削弱。
估计扩展频带的频谱包括共分两步完成：
与带宽检测得到的BWn控制Gain值和能量渐变削弱函数。第一步是调整整体能量增益因子Gain，Gain值的取值范围在0~1之间。常用的取值为0.4~0.6。第二步是调整能量渐变削弱函数，函数以频率为自变量，随着频率的增大，函数值逐渐降低，其中所述削弱函数为：
Func(f)=(1-X1/4)*100，
其中，X为衰减因子值，衰减因子表示扩展频谱与对应的低频段频谱相关性，相关性大衰减因子值就大，相关性小衰减因子值就小。例如以帧为单位，转换到频域后，频谱之间的相关性与频谱之间的频带间隔成反比，间隔越小相关性越大。需要指出的是，本发明不限于使用上述削弱函数，只要实现如图7所示的削弱曲线的函数均适用。
图8是本发明一个实施例的带宽确定方法的示意图。图8的实施例是根据第一信号的能量来确定第一信号的带宽。
首先，确定频带从0~Fs/2的频带间隔点B(x)，其中，Fs为第一信号的采样频率。
频带间隔点得选取原则可以根据实际情况而定，例如，频带间隔点B(x)可以采用公式B(x)=Fs/2-xα+β来确定，其中，B(1)为Fs/2,x≥2,且x为正整数；α、β是两个相互独立的值，α可决定Fs/2、B(2)…B(n)之间的间隔区间大小，β可决定所有的频带间隔点相对Fs/2往下的整体偏移量。
在确定了频带间隔点后，输入信号的带宽的确定方法可如下：
801、输入信号。
802、计算B(1)~B(2)的频谱能量值E(1)。
803、计算B(i)~B(i+1)的频谱能量值E(i)，i为大于1的正整数。
804、E(i)和E(i-1)可确定带宽？
根据E(i)和E(i-1)确定带宽的基本原理是，比较E(i)和E(i-1)的大小关系，同时结合E(i-1)值是否大于给定某个阈值alpha1，阈值alpha1设定的意义在于可以判决此频段内是否存在有效频谱。
例如，若alpha1设定为30，则当E(i-1)大于E(i)，且E(i-1)大于阈值30时可以确定带宽为B(i-1)，否则继续计算下一频段的能量直至确定带宽为止。
805、信号带宽为B(i-1)。
806、B(i-2)低于阈值？
预先确定一个阈值，当带宽低于这个阈值时，不进行带宽扩展，阈值alpha的值一般满足关系alpha<Fs/4,如当采样率为8kHz时，alpha可以设定为alpha=1.5kHz。。
807、i=i+1。
808、结束。
例如，输入信号Fs=8kHz，x取值为2≤x≤4，α取0.6，β取0。则B(1)=Fs/2=4kHz，B(2)=3.4kHz，B(3)=2.8kHz，B(4)=2.2kHz，阈值设置为2.2kHz。则可能的带宽值为带宽值为4kHz、3.4kHz、2.8kHz、2.2kHz以及低于2.2kHz。
上文中结合图1至图8，详细描述了根据本发明实施例的信号带宽扩展方法，下面将结合图9和图10，详细描述根据本发明实施例的用户设备。
图9和图10的用户设备能够实现图1至图8中由用户设备执行的各个步骤，为避免重复，不再详细描述。
图9是本发明一个实施例的用户设备的框图。图9的用户设备包括接收单元901，第一确定单元902，第二确定单元903，生成单元904。
接收单元901，用于接收第一信号；
第一确定单元902，用于确定第一信号的带宽；
第二确定单元903，用于从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式；
生成单元904，用于根据第一信号以及第一信号的带宽对应的扩展方式生成第二信号，第二信号的带宽大于第一信号的带宽。
本发明实施例中，通过确定信号的带宽以及与该带宽对应的带宽扩展方式，使得带宽扩展方式与实际带宽很好的匹配，减少了带宽扩展带来的噪声。
可选地，作为一个实施例，第一确定单元具体用于确定多个频带间隔点，其中，多个频带间隔点的频率值均大于等于0，小于等于Fs/2，Fs为第一信号的采样频率；确定第一频带间隔点，其中，第一频带间隔点为多个频带间隔点中频率值中与第一信号的最高频率值之差的绝对值最小的频带间隔点；将第一频带间隔点的频率值作为第一信号的带宽。
可选地，作为另一个实施例，第二确定单元具体用于确定第一频带间隔点对应的第一带宽扩展方式，其中，多个频带间隔点中的每个频带间隔点对应于多个不同的带宽扩展方式中的一个带宽扩展方式；将第一带宽扩展方式作为第一信号的带宽对应的带宽扩展方式。
可选地，作为另一个实施例，第一带宽扩展方式包括：扩展频带的频谱精细结构估计方式以及扩展频带的频谱包络估计方式，其中，扩展频带为从第一频带间隔点的频率值到第二信号的最高频率值之间的频带。
可选地，作为另一个实施例，第一频带间隔点的频率值BWn=Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中，BWw为第二信号的带宽值。
可选地，作为另一个实施例，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
可选地，作为另一个实施例，第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs/2+BWn-BWw，BWn]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
可选地，作为另一个实施例，扩展频带的频谱包络估计方式为根据扩展频带的频谱整体能量的增益因子Gain以及扩展频带的频谱的能量渐变削弱函数确定扩展频带的频谱包络，其中，0<Gain≤1。
可选地，作为另一个实施例，第一确定单元具体用于根据第一信号的频谱能量确定第一频带间隔点。
请一并参阅图9与图10是本发明另一个实施例的用户设备的框图。在本实施例中，接收单元由接收模块1001来实现，第一确定单元可以由带宽扩展模块中的带宽自适应检测与分析单元1002来实现，第二确定单元可以由带宽扩展模块中的带宽扩展单元1003-1006来实现，生成单元可由信号生成模块1007来实现。
图10的用户设备包括：接收模块1001、带宽扩展模块以及输出模块1008。
所述接收模块1001，用于接收第一信号。
所述带宽扩展模块包括：
带宽自适应检测与分析单元1002，用于检测输入信号带宽；
带宽扩展单元1003-1006，具体包括：
Fs/2带宽扩展单元1003，用于扩展带宽为Fs/2的信号；
BW1带宽扩展单元1004，用于扩展带宽为BW1的信号；
BW2带宽扩展单元1005，用于扩展带宽为BW2的信号；
低于BWn带宽扩展单元1006，用于扩展带快低于BWn的信号；
信号生成模块1007，用于根据扩展频带的频谱生成第二信号。
所述输出模块1008，用于输出带宽扩展后的第二信号。
应理解，上述带宽扩展单元的个数只是用来举例说明，并非要对本发明实施例进行限定。
本发明实施例中，通过确定信号的带宽以及与该带宽对应的带宽扩展方式，使得带宽扩展方式与实际带宽很好的匹配，减少了带宽扩展带来的噪声。
图11为本发明另一个实施例的用户设备的硬件框图，包括：
接收单元1101、带宽扩展单元1102以及输出单元1103
所述接收单元1101，用于接收第一信号。
所述带宽扩展单元1102包括处理器1102a以及存储器1102b，其中所述处理器1102a用于检测输入信号带宽，并对所述输入的信号的带宽进行扩展；所述存储器1102b用于存储接收到的或扩展过程中产生的信号以及带宽信息。
在一个实施中，所述接收单元1101，用于接收第一信号，所述处理器1102a用于确定第一信号的带宽；从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式；根据第一信号以及第一信号的带宽对应的扩展方式生成第二信号，第二信号的带宽大于第一信号的带宽。所述用户设备还可以包括输出单元1103，用于输出所述处理器1102生成的第二信号。
在一个实施中，所述处理器1102a具体用于通过以下方式确定所述第一信号的带宽：确定多个频带间隔点，其中，多个频带间隔点的频率值均大于等于0，小于等于Fs/2，Fs为第一信号的采样频率；确定第一频带间隔点，其中，第一频带间隔点为多个频带间隔点中频率值中与第一信号的最高频率值之差的绝对值最小的频带间隔点；将第一频带间隔点的频率值作为第一信号的带宽。
在一个实施中，所述处理器1102a具体用于通过以下方式从多个不同的带宽扩展方式中确定与第一信号的带宽对应的带宽扩展方式：确定第一频带间隔点对应的第一带宽扩展方式，其中，多个频带间隔点中的每个频带间隔点对应于多个不同的带宽扩展方式中的一个带宽扩展方式；将第一带宽扩展方式作为第一信号的带宽对应的带宽扩展方式，其中第一带宽扩展方式包括：扩展频带的频谱精细结构估计方式以及扩展频带的频谱包络估计方式，其中，扩展频带为从第一频带间隔点的频率值到第二信号的最高频率值之间的频带。
在一个实施中，在第一频带间隔点的频率值BWn=Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中，BWw为第二信号的带宽值；
在一个实施中，在第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值；
在一个实施中，在第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，扩展频带的频谱精细结构估计方式为：将第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将第一信号在频带[Fs/2+BWn-BWw，BWn]的频谱谱平移或谱折叠至扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为第二信号的带宽值。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (16)
1.一种信号带宽扩展方法，其特征在于，包括：
接收第一信号；
确定所述第一信号的带宽；
从多个不同的带宽扩展方式中确定与所述第一信号的带宽对应的带宽扩展方式，所述第一信号的带宽对应的带宽扩展方式包括扩展频带的频谱精细结构估计方式以及扩展频带的频谱包络估计方式；
根据所述第一信号以及所述第一信号的带宽对应的扩展方式生成第二信号，所述第二信号的带宽大于所述第一信号的带宽；
所述从多个不同的带宽扩展方式中确定与所述第一信号的带宽对应的带宽扩展方式包括：
确定第一频带间隔点对应的第一带宽扩展方式，其中，所述第一频带间隔点为多个频带间隔点中的频率值与所述第一信号的最高频率值之差的绝对值最小的频带间隔点，所述多个频带间隔点的频率值均大于等于0，小于等于Fs/2，Fs为所述第一信号的采样频率，所述多个频带间隔点中的每个频带间隔点对应于所述多个不同的带宽扩展方式中的一个带宽扩展方式；
将所述第一带宽扩展方式作为所述第一信号的带宽对应的带宽扩展方式。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述第一信号的带宽包括：
确定所述多个频带间隔点；
确定所述第一频带间隔点；
将所述第一频带间隔点的频率值作为所述第一信号的带宽。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扩展频带为从所述第一频带间隔点的频率值到所述第二信号的最高频率值之间的频带。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一频带间隔点的频率值BWn＝Fs/2时，所述扩展频带的频谱精细结构估计方式为：
将所述第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带[Fs/2，BWw]，以得到所述扩展频带的频谱，其中，BWw为所述第二信号的带宽值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，所述扩展频带的频谱精细结构估计方式为：
将所述第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将所述第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到所述扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为所述第二信号的带宽值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，所述扩展频带的频谱精细结构估计方式为：
将所述第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将所述第一信号在频带[Fs/2+BWn-BWw，BWn]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到所述扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为所述第二信号的带宽值。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述扩展频带的频谱包络估计方式为根据所述扩展频带的频谱整体能量的增益因子Gain以及所述扩展频带的频谱的能量渐变削弱函数确定所述扩展频带的频谱包络，其中，0<Gain≤1。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述能量渐变削弱函数确为Func(f)＝(1-X1 /4)*100，其中，X为衰减因子值，所述X与频谱之间的频带间隔成反比。
9.一种信号带宽扩展装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收第一信号；
第一确定单元，用于确定所述第一信号的带宽；
第二确定单元，用于从多个不同的带宽扩展方式中确定与所述第一信号的带宽对应的带宽扩展方式，所述第一信号的带宽对应的带宽扩展方式包括扩展频带的频谱精细结构估计方式以及扩展频带的频谱包络估计方式；
生成单元，用于根据所述第一信号以及所述第一信号的带宽对应的扩展方式生成第二信号，所述第二信号的带宽大于所述第一信号的带宽；
所述第二确定单元具体用于确定第一频带间隔点对应的第一带宽扩展方式，其中，所述第一频带间隔点为多个频带间隔点中的频率值与所述第一信号的最高频率值之差的绝对值最小的频带间隔点，所述多个频带间隔点的频率值均大于等于0，小于等于Fs/2，Fs为所述第一信号的采样频率，所述多个频带间隔点中的每个频带间隔点对应于所述多个不同的带宽扩展方式中的一个带宽扩展方式；将所述第一带宽扩展方式作为所述第一信号的带宽对应的带宽扩展方式。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元具体用于确定所述多个频带间隔点；确定所述第一频带间隔点；将所述第一频带间隔点的频率值作为所述第一信号的带宽。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述扩展频带为从所述第一频带间隔点的频率值到所述第二信号的最高频率值之间的频带。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一频带间隔点的频率值BWn＝Fs/2时，所述扩展频带的频谱精细结构估计方式为：
将所述第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带[Fs/2，BWw]，以得到所述扩展频带的频谱，其中，BWw为所述第二信号的带宽值。
13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，所述扩展频带的频谱精细结构估计方式为：
将所述第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将所述第一信号在频带[Fs-BWw，Fs/2]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到所述扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为所述第二信号的带宽值。
14.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一频带间隔点的频率值BWn<Fs/2时，所述扩展频带的频谱精细结构估计方式为：
将所述第一信号在频带[2BWn-Delta-Fs/2，BWn-Delta]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带中的[BWn，Fs/2]，并将所述第一信号在频带[Fs/2+BWn-BWw，BWn]的频谱谱平移或谱折叠至所述扩展频带中的[Fs/2，BWw]，以得到所述扩展频带的频谱，其中Delta为预定值，BWw为所述第二信号的带宽值。
15.如权利要求9-14中任一项所述的装置，其特征在于，所述扩展频带的频谱包络估计方式为根据所述扩展频带的频谱整体能量的增益因子Gain以及所述扩展频带的频谱的能量渐变削弱函数确定所述扩展频带的频谱包络，其中，0<Gain≤1。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述能量渐变削弱函数确为Func(f)＝(1-X1/4)*100，其中，X为衰减因子值，所述X与频谱之间的频带间隔成反比。
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